Закономерности накопления и распределения ртути в природном сообществе наземной среды - Студенческий научный форум

XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

Закономерности накопления и распределения ртути в природном сообществе наземной среды

Копп Л.Э. 1
1Курганский Государственный Университет
 Комментарии
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность

Ртуть единственный металл, который при оптимальных для живых организмов температурных условиях находится, как в жидком, так и в парообразном состоянии, что наряду со специфическими свойствами (сродство к серосодержащим соединениям, способность образовывать стойкие метилированные соединения, возможность восстанавливаться до металла из этих соединений), определяет ее высокую миграционную подвижность в биосфере, летучесть и токсичность для большинства живых организмов [Scheuhammer et al., 2007].

Основная масса исследований поведения ртути в наземных экосистемах проводится на территориях подвергшихся загрязнению металлом. Из всех наземных широко распространенных экосистем, лесные экосистемы обладают, значительным потенциалом, обеспечивающим как фиксацию, так и высвобождение ртути. При этом одна из основных ролей в этих процессах отдается почвенному покрову и особенностям условий почвообразования лесных почв.

Наиболее известным применением ртути в быту является – получения хлора и каустической соды. Применяют ртуть в медицине (лампы, градусники)

Абсорбция неорганической ртути путем ее вдыхания не до конца изучена.

Проблема

Экологическое воздействие ртути на компоненты наземных экосистем, а именно лесного сообщества. Проблема ртутной опасности актуальна многие десятилетия, а чрезвычайное внимание к ней имеет под собой значительное основание.

Цель

Установить основные закономерности накопления и распределения ртути в наземной среде.

Задачи

1) Провести литературный обзор и определить степень изученности темы.

2) Теоретически обосновать описание состава экосистемы наземной среды, и факторов, оказывающие влияние на природное сообщество.

3) Подобрать методики исследования ртути для природного сообщества.

4) Изучить геологический и биологический круговорот ртути в природе.

5) Выявить проблемы дефицита и недостатка ртути у растений и животных.

Методы исследования

Наблюдение, анализ, эксперимент.

Теоретическая значимость

Полученные данные вносят вклад в изучение механизмов миграции и биоаккумуляции ртути в компонентах наземных экосистем.

Разработаны биогеохимические круговороты ртути в природе.

Практическая значимость

Результаты проведенных исследований позволяют прогнозировать изменение содержания ртути в почвенном покрове при нарушении лесорастительных условий. Значимым является возможность использования результатов работы при составлении прогнозов состояния окружающей среды. Материалы исследования включены в учебные дисциплины направления подготовки бакалавров и магистров «Экология и природопользование», «Почвоведение».

Структура работы.

Работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы. В работе содержится шесть рисунков, одна таблица и две диаграммы– «экосистема леса», «схема экосистемы », «факторы наземной среды обитания организмов», «солнечная энергия» «большого геологического круговорота ртути», и «биологического круговорота ртути» «Схема действия факторов среды на живые организмы.», «таблицасодержание ртути в экскрементах сельскохозяйственных животных и птиц» «состав воздуха», «диаграмма температуры»

Глава 1. Экосистема наземной среды

Состав экосистемы смешанного леса.

Леса занимают около 40 млн кв. км., то есть чуть меньше трети всей поверхности суши. Экосистема леса — это сложное сообщество взаимосвязанных элементов живой и неживой природы. Живые организмы, воздух, вода, почва непрерывно взаимодействуют, обмениваясь энергией и питательными веществами. Не сложно понять, что такое количество элементов делает лесную экосистему любого типа (хвойную, смешанную, широколиственную, тропическую) сложной.

Экосистема леса устроена так, что виды произрастающих растений и животных образуют ярусы. Верхний ярус образуют деревья, средний кустарники и нижний травы. Каждый ярус заселен своими представителями живых организмов. Деревья, растения, животные, птицы, лишайники, грибы, водоросли и мхи это живые представители экосистемы. Но есть еще неживое – почва, вода и воздух.

Все это вместе, сообщаясь между собой, составляет одно целое в лесной экосистеме. Например, только растения могут образовывать из солнечного света, воды и углекислого газа питательные вещества. Все остальные представители экосистемы такой способности не имеют, поэтому они питаются растениями или травоядными животными.

В составе любой экосистемы леса три класса компонентов: все видовое разнообразие по типу питания можно поделить на трофические уровни — продуценты, консументы, редуценты.

Продуценты, или автотрофы, занимают важное место в лесной экосистеме. Их называют основным компонентом леса. Это первый трофический уровень: “производители”, то есть в основном зеленые растения (кустарники, деревья, травы), производящие органические вещества из неорганического субстрата. Их основная задача — производство кислорода.

Консументы, или “потребители”, — гетеротрофы: это организмы, потребляющие вещества, выработанные автотрофами. Ко второму трофическому уровню относятся растительноядные животные. Третий уровень составляют хищники, четвертый — вторичные хищники, такие как кровососущие насекомые, паразитические растения, некоторые виды микроорганизмов.

Наконец, редуценты, “деструкторы”, или сапрофиты, а также сапротрофы. Редуцентами всех экосистем являются бактерии, в лесной экосистеме к элементам видового разнообразия добавляются грибы. Деструкторы разрушают останки живых существ, превращают их в минеральные соли, затем возвращают в воду и почву, где они становятся источником питания продуцентов. Так замыкается биотический круговорот.

Лес, состоящий из хвойных и лиственных деревьев в допустимой пропорции, является смешанным. Процентное соотношение одного вида по отношению к другому не должно быть меньше 5%. Смешанные леса располагаются между северными хвойными и южными широколиственными лесами. Это зона умеренного климата с жарким летом и довольно холодной зимой, за год здесь выпадает до 700 миллиметров осадков.

Растут смешанные леса на дерново-подзолистых почвах или на бурых почвах, богатых перегноем. Непрерывающихся лесных массивов они не образуют. К верхнему ярусу относятся сосны и ели. Средний ярус занимают лиственные деревья. В нижнем ярусе растут кустарники, травы, лишайники и мхи. Территория произрастания смешанных лесов охватывает Восточно-Европейскую и Западно-Сибирскую равнины, Карпаты, Кавказ, юг Скандинавии, Дальний Восток и Юго-Восточную Азию. В Западном полушарии это территория Калифорнии, Великих озер и Аппалачи, Новая Зеландия и почти вся Южная Америка.

Экосистема смешанного леса

Экосистема смешанного леса представляет собой смешение двух экосистем, обусловленное наличием в ней лиственных и хвойных пород. Так, экосистемы дополняют и укрепляют друг друга, а образовавшаяся в результате общая становится более устойчивой. Смешанным он считается тогда, когда к одному виду деревьев примешивается другой в объеме не менее 5%. Потому неслучайно, что такие леса располагаются между хвойными с севера и широколиственными с юга. В основном они встречаются в климатических зонах с теплым летом и холодной зимой. Со среднегодовым количеством осадков до 700 мм. Почвы их произрастания – дерново-подзолистые или бурые с большим количеством перегноя.

Смешанный лес – часть лесов планеты, занимающих 3,6 млрд. га суши или 27 %. Здесь мягкий климат, что подходит для обитания животных и роста растений. Лес считается смешанным, если в нём присутствует 5-7 % типов других деревьев. Эти леса устойчивы к неблагоприятному воздействию климата с тёплым летом и не слишком морозной зимой, которая длится 3,5-4 месяца.

Рисунок 1. Схема экосистемы леса

Отличия смешанного леса: Различимые древесные ярусы. Выше остальных ярус из сосен, лиственниц и елей. Затем идут лиственные деревья. Подлесок занят кустарниками. Подстилка из лишайников, травы и мха. Природные лесные процессы, поддерживающие баланс и разнообразие древесных пород, взаимосвязаны. Растительность лучше приспособлена к холодному климату, нежели в широколиственных лесах. Мозаичность строения листвы и ярусность дают достаток солнечного света и развитое травяное покрытие. Отмечена чёткая смена времён года.

Животные смешанного леса те же, что в других лесных зонах, крометропических мест. В смешанном лесу не редки встречи с травоядными животными: лосем, зубром, кабаном, оленем и косулей. Много грызунов: бобры, мыши, хорьки, белки. Из хищников обитают лиса, волк, рысь. Так же здесь водятся бурые медведи, выдра, барсук, ласка. В североамериканском лесу живут скунсы и опоссумы.

Верхние ярусы леса - царство птиц, среди которых преобладание насекомоядных и зерноядных птиц, отличающихся звонким пением. Это соловьи, иволги, певчий дрозд, скворец. Зяблики отличаются ярким оперением. Дрозду-рябиннику нравятся ягоды рябины. Чиж предпочитает леса с берёзами и ольхой.

Леса - устойчивые экосистемы, где замкнутый круговорот веществ и главные представители - деревья. Элементы экосистемы, живая и неживая природа, крепко связаны друг с другом. То, что каждый вид растительности занимает собственную экологическую нишу, помогает сбалансировать жизнь леса и устойчивость к неблагоприятным факторам климата. В смешанном лесу обязательное присутствие 5 % деревьев другого типа. В таком случае этот лес становится продуктивнее, чем однородные массивы.

Рисунок 2. Экосистема леса.

Факторы, оказывающие влияние на экосистему наземной среды

Окружающая среда оказывает значительное влияние на рост и развитие леса в виде ряда факторов, которые в лесной экологии называются экологическими. Вся их совокупность делится на три основные группы: абиотические, биотические и антропогенные факторы.

Абиотические - это факторы неживой природы. Сюда относятся климатические условия ( солнечная радиация, осадки, влажность воздуха, ветер, давление), эдафические или почвенные ( плодородие почвы, её структура, механический состав, влажность ), геологические и орографические ( рельеф и особенности строения материнской породы ).

Биотические - это факторы живой среды. Сюда относится взаимодействие растений друг с другом, животными и микроорганизмами.

Антропогенные факторы характеризуют влияние человека на рост и развитие леса. Это рубка леса, посадка, лесные пожары, побочные пользования и другие виды воздействия на лесные экосистемы. Закономерно, что воздействие может носить как положительный, так и отрицательный характер. Вышеперечисленные факторы не являются величиной постоянной, а всё время изменяются и вследствие этого, оказывают различное воздействие на рост и развитие леса. Они взаимосвязаны между собой и оказывают комплексное воздействие на лесные экосистемы. Для растений одинаково нужны свет, тепло, вода, углекислый газ, кислород, элементы почвенного питания, поэтому один фактор не может быть заменен каким-либо иным фактором.

Рисунок 3. Факторы наземной среды обитания организмов.1

Экологические факторы чрезвычайно разнообразны, и каждый вид, испытывая их влияние, отвечает на него по-разному. Тем не менее, есть некоторые общие законы, которым подчиняются ответные реакции организмов на любой фактор среды.
Главный из них - закон оптимума. Он отражает то, как переносят живые организмы разную силу действия экологических факторов. Сила воздействия каждого из них постоянно меняется. Мы живем в мире с переменными условиями, и лишь в определенных местах планеты значения некоторых факторов более или менее постоянны (в глубине пещер, на дне океанов).
Закон оптимума выражается в том, что любой экологический фактор имеет определенные пределы положительного влияния на живые организмы.
При отклонении от этих пределов знак воздействия меняется на противоположный. Например, животные и растения плохо переносят сильную жару и сильные морозы; оптимальными являются средние температуры. Точно так же и засуха, и постоянные проливные дожди одинаково неблагоприятны для урожая. Закон оптимума свидетельствует о мере каждого фактора для жизнеспособности организмов. На графике он выражается симметричной кривой, показывающей, как изменяется жизнедеятельность вида при постепенном увеличении воздействия фактора (рис.3).

Рисунок 4. Схема действия факторов среды на живые организмы. 

В центре под кривой - зона оптимума. При оптимальных значениях фактора организмы активно растут, питаются, размножаются. Чем больше отклоняется значение фактора вправо или влево, т. е. в сторону уменьшения или увеличения силы действия, тем менее благоприятно это для организмов. Кривая, отражающая жизнедеятельность, резко спускается вниз по обе стороны от оптимума. Здесь располагаются две зоны пессимума. При пересечении кривой с горизонтальной осью находятся две критические точки. Это такие значения фактора, которые организмы уже не выдерживают, за их пределами наступает смерть. Расстояние между критическими точками показывает степень выносливости организмов к изменению фактора. Условия, близкие к критическим точкам, особенно тяжелы для выживания. Такие условия называют экстремальными.
Если начертить кривые оптимума какого-либо фактора, например температуры, для разных видов, то они не совпадут. Часто то, что является оптимальным для одного вида, для другого представляет пессимум или даже находится за пределами критических точек. Верблюды и тушканчики не могли бы жить в тундре, а северные олени и лемминги - в жарких южных пустынях.
Основными абиотическими факторами наземновоздушной среды являются свет, температура, влажность.

Свет — важнейший абиотический фактор, с которым связана вся жизнь на Земле. В спектре солнечного света выделяют три биологически неравнозначные области:

Ультрафиолетовое излучение 10%

видимая 45%;

инфракрасное излучение 45%

Рисунок 5. Состав лучистой энергии

Ультрафиолетовые лучи губительны для всего живого. Жизнь на поверхности Земли возможна благодаря озоновому экрану, который не пропускает основную массу этих лучей. Небольшие их количества, достигающие земной поверхности, необходимы для жизни. С ними, в частности, связан синтез витамина D в организме человека и животных.

Видимые лучи особенно необходимы для жизни. Они используются зелеными растениями для фотосинтеза. Большинство животных хорошо различают эти лучи, без них невозможна ориентировка в пространстве с помощью зрения. Развитие цветового зрения повлекло в процессе естественного отбора к формированию различной окраски у животных, часто имеющей покровительственное значение и окраски у цветов, привлекающей к себе насекомых-опылителей.

Инфракрасные лучи наиболее богаты тепловой энергией. Они, поглощаясь тканями животных и растений, вызывают их нагревание. С ними связана интенсивность физиологических процессов у растений и пойкилотермных животных.

Характер освещения имеет суточную и сезонную периодичность. В связи с этим у различных видов животных возникла приспособленность к активной жизнедеятельности в различное время суток.

Воздух. Сухой воздух на высоте уровня моря состоит (по объему) из 78% азота, 21% кислорода, 0,03% углекислого газа; не менее 1% приходится на инертные газы.

Диаграмма 1. Воздух

Для абсолютного большинства живых организмов кислород жизненно необходим. В бескислородной среде могут развиваться только анаэробные бактерии. Кислород обеспечивает осуществление экзотермических реакций, в ходе которых освобождается необходимая для жизнедеятельности организмов энергия. Он является конечным акцептором электрона, который отщепляется от атома водорода в процессе энергетического обмена.

В химически связанном состоянии кислород входит в состав многих очень важных органических и минеральных соединений живых организмов. Огромна его роль как окислителя в круговороте отдельных элементов биосферы.

Влажность — содержание воды в окружающей среде. Она зависит от климата, т.е. от количества осадков и их распределения по временам года, и местонахождения данной среды обитания на планете. В ряде случаев влажность может являться лимитирующим фактором в развитии той или иной общности организмов. Недостаток влаги приводит к резкому снижению продуктивности живого вещества. - Источник: Характеристика абиотических факторов среды

Температура — это экологический фактор, связанный со средней кинетической энергией движения частиц и выражающийся в градусах различных шкал. Наиболее распространенной является шкала в градусах Цельсия (°С), в основу которой положена величина расширения воды (температура кипения воды составляет 100°С). В СИ принята абсолютная шкала температур, для которой температура кипения воды Т кип. воды = 373 К. Очень часто температура является лимитирующим фактором, определяющим возможность (невозможность) обитания организмов в той или иной среде обитания. По характеру температуры тел а все организмы разделяют на две группы: пойкилотермные (температура их тела зависит от температуры окружающей среды и является практически такой же, как и температура среды) и гомойотермные (температура их тела не зависит от температуры внешней среды и является более или менее постоянной: если и колеблется, то в небольших пределах — доли градуса). К пойкилотермным относятся растительные организмы, бактерии, вирусы, грибы, одноклеточные животные, а также животные с относительно низким уровнем организации (рыбы, членистоногие и т. д.).

Диаграмма 2. Температура воздуха.

Выводы:

Таким образом, мы видим, биотические и абиотические компоненты распознаются путем взаимосвязи между питательными циклами и потоками энергии. Экосистема определяется цепочкой взаимодействий между организмами, а также между организмами и их окружающей средой. Закон оптимума показывает нам, что для каждого вида есть своя мера влияния каждого фактора. И уменьшение, и усиление воздействия за пределами этой меры ведет к гибели организмов.

Глава 2. Роль ртути в природе и для социума

2.1. Значение ртути для человека

Ртуть - микроэлемент, необходимый нашему организму. Суточная потребность организма в нем мизерна - 1-5 мкг. При поступлении менее 0,5 мкг ртути в сутки может развиться ее дефицит.

Биохимическая роль ртути сводится к тому, что она способна реагировать по обратимому типу с некоторыми функционально активными группами белков и пептидов. В организме взрослого человека содержится 13 мг ртути, которая равномерно распределена по тканям и органам, но наибольшая концентрация (2,7 мг/кг веса) обнаружена в почках (в других тканях концентрация колеблется в пределах 0,05-0,30 мг/кг).

Ртуть обладает максимальным сродством с тиоловыми и сульфгидрильными группами (-SH), из-за чего легче чем другие металлы с ними связывается. Тиоловые группы - это важнейшие функциональные группы белков и пептидов, которые формируют их пространственную структуру и наиболее активные центры. Когда эти группы взаимодействуют со ртутью и ее соединениями в биохимически полезных концентрациях, это активизирует соответствующие функциональные группы белков. Таким образом ртуть регулирует некоторые важнейшие для организма биохимические реакции.

Дихлорид ртути (сулема) в микродозах активирует ряд ферментов, регулирующих процессы биологического окисления, тем самым повышая обеспеченность организма энергией и кислородом. Это повышает уровень обмена веществ, сопротивляемость организма к действию патогенетических факторов. Не случайно с древних времен до нас дошли упоминания о том, что сулема использовалась лекарями в лечении наружных опухолей.

Последние исследования влияния дихлорида ртути на организм человека показывают, что это соединение при попадании в организм человека в микродозах стимулирует выработку иммуноглобулинов, усиливает взаимодействие некоторых групп лимфоцитов, активирует синтез интерлейкина-2 и интерферона, поддерживает на необходимом уровне содержание цитотоксических Т-лимфоцитов, которые способны убивать раковые клетки. Поэтому ведутся работы над тем, чтобы из дихлорида ртути создать высокоэффективные иммуномодуляторы и противораковые средства.

Антагонистами ртути являются цинк, сера, пепсин, аминокислоты, аскорбиновая кислота.

Источники ртути в организме человека

Повышенное содержание ртути в физиологически безопасных концентрациях обнаружено в морской рыбе и морепродуктах, рисе, моркови, салате-латуке.

Дефицит ртути в организме человека

Нехватка ртути в организме человека изучена недостаточно. Вполне вероятно что в таком случае активизируются воспалительные процессы, снижается устойчивость к простудным заболеваниям.

Избыток ртути в организме человека

Металлическая ртуть при попадании в ЖКТ наименее токсична. Гораздо более токсичны некоторые растворимые соединения ртути, в том числе органические. Токсической дозой считаются 50 мкг мг ртути при ежедневном поступлении. Разовая токсическая доза составляет 0,4 мг, летальная - 150-300 мг (при такой дозе вероятность смертельного исхода составляет 50-60%).

Гораздо опаснее металлическая ртуть при вдыхании ее паров. В такой форме она усваивается на 85-90%. Смертельной дозой при вдыхании являются 2,5 г ртути. Неорганические соединения двухвалентной ртути всасываются в ЖКТ в пределах 10%, а органические усваиваются почти полностью (90%).

Более половины поступившей в организм неорганической ртути выводится с мочой, оставшаяся часть с калом. Что касается органических соединений ртути, то они через кишечник выводятся на 80%, а оставшаяся часть - почками.

Период полувыведения металлической ртути составляет 70 суток, в составе органических соединений - 40 суток, паров металлической ртути - 50 суток.

При отравлении ртутью повышенная концентрация может отмечаться в волосах, коже и ногтях.

Хроническое отравление ртутью приводит к развитию синдрома меркуриализма, при котором происходит нарушение деятельности нервной системы и ЖКТ, возникают дерматозы (меркурализм кожи).

2.2. Значение ртути для растений, животных, природного сообщества.

Роль в жизни растений.Минимальное количество ртути накапливается в растениях, произрастающих на почвах с низкими ее концентрациями, но по мере повышения концентрации в почве содержание ртути в надземных и корневых органах растений увеличивается. Повышение уровня содержания гуминовых кислот в почве снижает количество ртути, усваиваемой растениями, за счет образования ртутьорганических комплексов. Под воздействием микроорганизмов такие комплексы могут разрушаться с образованием металлической ртути, которая, испаряясь, вновь поступает в атмосферу. Водоросли могут поглощать ртуть из загрязненного донного грунта и служат ее источником для многих организмов. У высших растений корни играют роль барьера, накапливая ее. Ртуть, поступающая из атмосферы в виде паров, сорбируется и прочно удерживается высшими споровыми и хвойными растениями.  Врастительных организмах ртуть вызывает ингибированиеклеточного дыхания, фотосинтеза, образования хлорофилла, газового обмена, снижение ферментативной активности. Ключевая реакция, объясняющая нарушения метаболических процессов, – взаимодействие ртути с сульфгидрильными группами аминокислот.

Отдельные растения обладают способностью накапливать значительное количество чрезвычайно опасного экотоксиканта – ртути. К их числу относятся клевер, полынь, вьюнок, подорожник, а также листья тополя и ивы, в которых содержание ртути колеблется в пределах 3 – 7 мг/кг.

 Хотя известно, что ртуть сильно связывается с атомами серы в аминокислотах, которые входят в состав многих белков и ферментов, она, очевидно, легко переносится в растениях.

Роль в жизни животных. Наиболее широко распространенным органическим соединением ртути является метилртуть, вследствие чего этот термин часто используется в качестве собирательного названия для всех органических соединений этого металла. Попадая в организм животных, прежде всего, рыб, метилртуть аккумулируется в жировых тканях, с которыми она поступает в организм других видов, находящихся на более высоких трофических уровнях, в т.ч. человека.

 Доказано, что поступающая в водную экосистему ртуть аккумулируется и трансформируется в каждом последующем звене водной пищевой цепи, достигая максимального содержания на ее вершине: простейшие и бактерии à фито- и зоопланктон à бентосные организмы à рыбы à рыбоядные птицы и звери. В большей степени токсическому воздействию ртути подвержены самцы. Стимуляция отдельных биологических процессов, характерная для начальных этапов накопления ртути водными животными, постепенно переходит в фазу угнетения важных для жизни и воспроизводства функций, а главное, резко снижает жизнеспособность потомства. Данный процесс является общебиологическим, т.е. имеет принципиальное значение для всех видов животных. 
 Отдельные растения обладают способностью накапливать значительное количество чрезвычайно опасного экотоксиканта – ртути. К их числу относятся клевер, полынь, вьюнок, подорожник, а также листья тополя и ивы, в которых содержание ртути колеблется в пределах 3 – 7 мг/кг. На некоторых пастбищах отдельных регионов России и государств СНГ концентрация ртути в среднем укосе травостоя достигает 3,4 мг/кг сухой массы, что во много раз превышает ПДК и может представлять опасность для поедающих эти травы животных.

Содержание ртути в экскрементах сельскохозяйственных животных и птиц приведено в Таблице 1.

Таблица 1

Содержание ртути в экскрементах сельскохозяйственных животных и птиц

Объект исследования

На участках с повышенным содержанием ртути, мг/кг

На условно-контрольных участках, мг/кг

Коровий навоз

2,720

0,07

Бараний навоз

0,936

0,02

Куриный помёт

3,790

0,11

У наземных животных ртуть накапливается в почках, нервной ткани, лимфоузлах, стенках пищеварительного тракта (желудке, кишечнике).

Ртуть, поступающая с кормом, весьма плохо усваивается и в основной своей массе выделяется с экскрементами, которые в условиях исследуемых природных экосистем обогащены этим элементом в 35 – 40 раз больше, чем органы, и могут использоваться для индикации загрязнения пастбищ и левад ртутью 

Таким образом, в качестве биоиндикаторов ртути могут быть использованы не только отдельные растения, но и экскременты сельскохозяйственных животных и птиц.

Выводы:

Таким образом, ртуть в жизни человека имеет двоякую роль: она и полезна, и наносит вред в определенных условиях. Выяснилось, что не сама ртуть представляет смертельную опасность, а ее пары.

Важно отметить, что в качестве биоиндикаторов ртути могут быть использованы не только отдельные растения, но и экскременты сельскохозяйственных животных и птиц.

Глава 3. Круговорот ртути

3.1. Большой геологический круговорот ртути

Рисунок 5. Большой геологический круговорот ртути2

Ртуть в литосфере. Начинается большой круговорот с литосферы. Ртуть мало распространена в природе. Содержание ее в земной коре составляет всего около 10 % (масс.). Среднее содержание неорганических производных ртути в земной коре составляет около 50 мкг/кг. Изредка ртуть встречается в самородном виде, вкрапленная в горные породы, но главным образом она находится в природе в виде ярко-красного сульфида ртути HgS, или киновари

По данным Грина2 кларк ртути для земной коры, выраженный в граммах на тонну, составляет 0,007, а по данным Мейсона3 — 0,5. Последняя величина близка к кларку А. А. Саукова1, который нашел ее равной 0,77. Это означает, что в 1 км2 земной коры содержит­ся не более 245 т ртути, а общее содержание ее в земной коре не пре­вышает 1,6*1012 т. Сравнение кларка ртути с кларками других элементов показывает, что ртути в земной коре гораздо меньше, чем тория (кларк 11.5), урана (кларк 4), цезия (кларк 7) и даже многих редкоземельных элементов (La, Се, Рr, Nd н др.), не говоря о таких элементах, как кремний (кларк 277.000), кислород (кларк 466.000) и др.

Ртуть в атмосфере. В настоящее время примерно половина всех выбросов ртути в атмосферу обеспечивается природными источниками: вулканами и пожарами. Остальные источники — последствия деятельности человека. Одним из источников поступления ртути в атмосферу является дегазация земной коры. В атмосфере постоянно содержится 200-250 т ртути. Ртуть содержится примерно в равных количествах в виде паров и в аэрозольном состоянии. Время нахождения ртутных паров в атмосфере колеблется от 0,4 до 3 лет. В слабозагрязненном воздухе концентрация ртути составляет 0,8-1,2 нг/м3, в районах крупных ртутных месторождений - до 240 нг/м3, в районах газовых месторождений - до 70000 нг/м3, в то время как среднее содержание ее в атмосфере 0,5-2,0 нг/м3. Содержание ртути в воздухе вокруг предприятий, производящих или потребляющих ртуть, на расстоянии до 2 км может превышать ПДК в 4-5 и более раз. В геохимических циклах ртути большую роль играет ее атмосферный перенос. Из техногенных источников ртуть поступает в окружающую среду преимущественно с атмосферными осадками. Атмосферные выпадения приводят к тому, что большая часть ртути осаждается в озерах и других водных объектах. Одним из основных источников загрязнения атмосферы ртутью является сжигание различных отходов.

Ртуть в гидросфере. В Мировом океане накоплено около 50 млн т соединений ртути, а естественный вынос ртути в океан в результате эрозии составляет 5 тыс. т в год Среднее фоновое содержание растворенной ртути в реках и озерах составляет 0,09 мкг/л и взвешенной ртути - 0,23 мкг/л. Основной путь попадания ртути в водные экосистемы - сбросы сточных вод в виде гомогенных и коллоидных растворов и взвесей. Количество антропогенной ртути, поступающей в поверхностные водные экосистемы, составляет 57 тыс. т, что в 10 раз превышает поступление из природных источников. Закономерностей в распределении Hg по площади не установлено. Содержание Hg-взвеш зависит от содержания взвешенного вещества. Оно обычно минимально ранней весной, несколько повышается летом, падает осенью и повышается в периоды зимних штормов. Основными источниками поступления ртути являются: региональный привнес в виде мокрых и сухих осадков, поступление из городских районов, привнес реками, незначительная доля приходится на подземные воды.

3.2. Биологический круговорот ртути

Рисунок 6. Биологический круговорот ртути3

Почва. Загрязнение почв ртутью определяется функционированием предприятий цветной металлургии, применением ртутьсодержащих фунгицидов, использованием сточных вод в целях орошения и разработкой месторождений ртути. Накопление ртути в окружающей среде некоторые авторы связывают с применением соединений ртути в сельском хозяйстве. В настоящее время соединения ртути в большинстве стран используются практически только в качестве протравителей семян. Наиболее широкое применение получили различные соли метилртути, этилртути, метоксиэтилртути и фенилртути.

Растения. Наличие остаточных токсикантов в почве, в частности, тяжелыx металлов, может вызвать загрязнение растений, произрастающих на ней. Загрязнение почвы ртутью оценивается вблизи источника загрязнения, а доступность ртути - по степени ее поглощения растениями. Растения чаще всего содержат ртуть в меньших количествах, чем почвы, но в процессе минерализации растительных остатков возможно накопление ртути в верхних горизонтах. Тонкие корни в большей степени, чем крупные, накапливают ртуть и играют роль барьера. В дерновом горизонте почв наблюдается отчетливое увеличение содержания ртути в надземных и корневых органах растений (0,018-3,0 мг/кг) по мере повышения ее концентрации в почве. Минимальное содержание Hg (0,01-0,02 мг/кг) накапливается в растениях, произрастающих на почвах с низкими концентрациями ртути (до 0,10 мг/кг). Исследования миграции ртути в системе атмосфера - растение - почва в Байкальском регионе показали, что ртуть, поступающая из атмосферы в виде паров, сорбируется хвоей и прочно удерживается ею. При введении ртути в крону в виде азро-гидрозоля дальнейшее ее поведение определяется степенью общей минерализации аэрогидрозоля, а не концентрацией в нем ртути. При низкой минерализации ртуть ведет себя так же, как и газообразная; если минерализация достаточно высока, то ртуть, связанная хвоей, быстро распределяется по всему растению и через сутки поступает в заметных количествах в почву, а из почвы - снова в атмосферу. По санитарным нормам РФ содержание соединений ртути в растениях (картофель, овощи, зерновые) лимитируется на уровне 0,02-0,03 мг/кг.

Животные. Установлено, что ртуть способна биоаккумулироваться по пищевым цепям водных и наземных экосистем. Особенно опасное концентрирование металла происходит в следующей цепи: вода — донные отложения — биота (бентос, фито-, зоопланктон и др.) – рыбы — птицы, питающиеся рыбой. Соли двухвалентной ртути, особенно органическая ртуть, легко поглощаются водными организмами. Водные беспозвоночные, и особенно водные насекомые, накапливают ртуть в высоких концентрациях. Рыба также поглощает этот металл и удерживает его в тканях главным образом в виде метилртути. В связи с наличием ртути в рыбах и других морских организмах значительные количества обнаружены в диких птицах, особенно тех, что питаются морскими организмами. У некоторых перелетных птиц обнаружено от 6 до 97 мкг/кг ртути, однако подобные концентрации не опасны. Формы, в которых ртуть накапливается в организмах птиц, разнообразны и зависят от вида, органа и места обитания. Наземные животные таким же образом потребляют ртуть от растений, птиц, рыбы.

3.3. Экологические проблемы

Ртутное загрязнение. Ярчайший пример массового отравления ртутью известен многим: он вошёл в историю как болезнь Минамата.

Минамата — залив в Японии, на побережье которого много лет существовали рыболовецкие посёлки. А ещё неподалёку работала химическая компания Chisso, использовавшая сульфат и хлорид ртути в производстве.

Сточные воды предприятия, которые сбрасывались в печально прославившийся залив, содержали неорганическую ртуть и метилртуть. Соединения накапливались в тканях морских обитателей, которые служили пищей для местных жителей. Они-то и начали жаловаться на потерю чувствительности и онемение рук и ног. Рыбаки не могли двигаться не спотыкаясь, испытывали затруднения со зрением, слухом и глотанием. Многие из них умерли. Собственно говоря, стоит ли удивляться: ртуть в воду сбрасывали больше 30 лет.

Конечно, сегодня к соединениям ртути относятся с большей осторожностью. Но всё же они являются одними из самых известных производственных ядов. И экологическая опасность загрязнения природы этими опасными веществами от существующих и законсервированных предприятий, складов руды, отвалов, хвостохранилищ в настоящий момент существует — проблема эта не решена.

Опасность для здоровья. Элементарная ртуть и метилртуть токсичны для центральной и периферической нервной системы. Вдыхание паров ртути может оказывать вредное воздействие на нервную, пищеварительную и иммунную системы, легкие и почки и может приводить к смерти. Неорганические соли ртути оказывают коррозийное воздействие на кожу, глаза и желудочно-кишечный тракт и могут приводить к интоксикации почек при проглатывании.

Неврологические и поведенческие расстройства могут наблюдаться после вдыхания, проглатывания или кожного контакта с различными соединениями ртути. Симптомы включают тремор, бессонницу, потерю памяти, нервно-мышечные расстройства, головные боли, а также когнитивную и моторную дисфункцию. Умеренные, неклинические признаки интоксикации центральной нервной системы могут наблюдаться у работников, подвергавшихся воздействию элементарной ртути в воздухе на уровне 20 мгм/м3 и выше на протяжении нескольких лет. Зарегистрированы случаи воздействия на почки – от повышенного уровня протеина в моче до почечной недостаточности.

Опасность для сред жизни. Использование в сельском хозяйстве ртутьорганических соединений в качестве фунгицидов для протравливания посевного материала приводит к загрязнению как наземных, так и водных экосистем за счет поверхностного стока с посевных территорий. Зарегистрированы случаи чрезвычайно опасного накопления метилртути в рыбах, обитающих в загрязненных фунгицидами озерах. В цивилизованных странах запрещено использование ртутьорганических соединений для протравливания семенного зерна. Несмотря на это, в России до сих пор тысячи тонн ртутьсодержащих фунгицидов хранятся, как правило, без надлежащих мер предосторожности. В некоторых регионах, например в Читинской области, по согласованию с местными органами санитарно-эпидемиологического надзора, все еще используются закупленные ранее ртутьорганические пестициды. Последствия их долговременного применения для наземных и водных экосистем, а также для населения, проживающего на загрязненных ртутью территориях, в нашей стране практически не оценивались.

Выводы:

Проведя анализ можно сказать, чтов результате усилившихся техногенных выбросов в атмосферу и гидросферу ртуть из естественного компонента природной среды, участвующего во всех круговоротах, превратилась в весьма опасный компонент для здоровья человека и живого вещества.

Основной источник ртути в окружающей среде — газопылевые выбросы горнодобывающих и перерабатывающих предприятий, сжигание угля и нефтепродуктов, сточные воды химической, электротехнической, лакокрасочной промышленности, ртутьсодержащие фунгициды, пестициды, инсектициды в сельском хозяйстве.

Итоговый результат показал что, с развитием человеческой деятельности появились антропогенные процессы, стремительно возрастающие и наносящие быстро растущий экологический ущерб окружающей среде.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе проведения литературного обзора, было выявлено, что ртуть- редко встречаемый химический элемент, который является очень токсичным. Сильной токсичностью обладают и соединения ртути. В природе ртуть рассеяна в земной коре и очень редко встречается в таких минералах, как киноварь, где она содержится в концентрированном виде.

Таким образом, в организме любого человека, который даже никогда не работал со ртутью и не находился в местах ее значитель­ного скопления, всегда имеется некоторое количество ртути.

Как видим, эти биотические и абиотические компоненты распознаются путем взаимосвязи между питательными циклами и потоками энергии. Экосистема определяется цепочкой взаимодействий между организмами, а также между организмами и их окружающей средой.

Необходимость исследования содержания ртути в растениях определяется еще и тем фактом, что они способны выделять ртуть в воздух в виде летучего соединения – диметил ртути со скоростью до 250 мг/кг сырой массы в час . А при возникновении лесных пожаров выделяется до 41, 5 % ртути, накопленной растениями , что вносит дополнительный вклад в региональный баланс ртути.

Растительный мир является важнейшим компонентом биосферы, дающим энергию и питание другим организмам и биосферным процессам. Состояние растительности оказывает влияние на функционирование и устойчивость природных систем. Сохранение богатства флоры необходимо для поддержания разнообразия других видов и мест их обитания.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Биоценозы и экосистемы- URL:.https://videouroki.net/video/34-biocenozy-i-ehkosistemy-ehkologicheskie-faktory.html

ЭКОЛОГИЯ / С.В.Алексеев, Спб. — 1997. (дата обращения 16.12.2020).

Среда обитания. Экологические факторы" URL: https://www.yaklass.ru/materiali?mode=lsntheme&themeid=118

© 2012-2020 "Здоровье и психология". URL:https://zdips.ru/zdorovoe-pitanie/mineraly/1660-rtut-v-organizme-cheloveka.html

О дефицитах и избытках питательных веществ в растении - URL:https://dzagi.club/index.php?/articles//growers/problemy-rastenij/o-deficitah-i-izbytkah-pitatel39nyh-veshchestv-v-rastenii

Признаки недостатка или избытка элементов - URL:https://www.gidroponika.su/gidroponika-teorija.html/44-bolezni-vrediteli-i-prochie-problemy/91-nedostatok-izbytok-pitatelnyh-elementov.html

Значение и применение ртути в природе -URL:https://www.bibliofond.ru/view.aspx?id=135106#text

Ртуть в природе. Ртуть в литосфере URL: http://www.himikatus.ru/art/about_hg/hgnature.php

Костерина Е.В. Аналитическая точность до уровня нанограмма и ниже: анализатор «Mercur» от Аналитик Йена // Ртуть. Проблемы геохимии, экологии, аналитики: сб. науч. тр. / Москва, ИМГРЭ, 2005. с. 102 - 110.

Ртуть в атмосфере- Экобаланс URL: http://ekobalans.ru/harmful-substances/rtut-v-atmosfere

Ртуть. Критерии санитарно-гигиенического состояния окружающей среды: Пер. с англ. Женева: ВОЗ, 1979. 150 с.

Современные проблемы науки и образования -URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=19876

Электронная библиотека студента -URL: https://www.bibliofond.ru/view.aspx?id=500183

Круговорот химических элементов в биосфере - URL:https://foxford.ru/wiki/biologiya/krugovorot-himicheskih-elementov-v-biosfere

Смешанные леса- URL: https://karatu.ru/smeshannyj-les/

Познавательный портал - URL: https://karatu.ru/smeshannyj-les/

Лес как экосистема- URL:http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/5e26543f-b2f2-4b02-adc5-b7309161fe8a/%5BBI9ZD_8-03%5D_%5BIL_04%5D.html

Образовака https://obrazovaka.ru/geografiya/smeshannye-lesa.html

© 2014-2021, ООО "Мультиурок" - URL:https://multiurok.ru/files/ekskursiia-biogeotsenoz-smeshannogo-lesa.html

Копирайт © 2021 Экосистема- URL: https://karatu.ru/ekosistema-lesa-2/

Полная энциклопедия- URL: https://www.polnaja-jenciklopedija.ru/planeta-zemlya/jekosistemy.html

© 2021 Животный мир- URL:https://setaim.ru/nasekomye/shirokolistvennye-lesa.html

Экология, справочник- URL: https://ru-ecology.info/term/75276/

Образовательная социальная сеть- URL: https://nsportal.ru/

Значение и применение ртути в природе -URL:https://znanija.com/task/15886091

Просмотров работы: 53