Ауыр металдар
Ауыр металдар деген не және неге қауіпті?
Ауыр металдар — тығыздығы жоғары түсті металдар тобы. Олардың көптеген қосылыстары, әсіресе тұздары, тірі ағзалар үшін зиянды. Бұл заттар тағам, су және ауа арқылы ағзаға түскенде толық ыдырамай, белгілі бір мүшелерде (бүйрек, бауыр, буындар және т.б.) жиналып, ұзақ мерзімді қауіп төндіруі мүмкін.
Кейбір ауыр металдар аз мөлшерде микроэлемент ретінде биологиялық процестерге қатысады (ферменттердің құрамына кіреді). Алайда олардың сырттан түсуі жоғары концентрацияға жеткенде, «микроэлемент» ұғымы жарамсыз: бұл жағдайда олар уытты ластаушы ретінде қарастырылады.
Маңызды қорытынды: қоршаған ортадағы ауыр металдардың мөлшері санитарлық-гигиеналық шекті нормадан аспауы керек, өйткені олардың көпшілігі тұрақты және жиналғыш.
Қоршаған ортаға түсу жолдары: табиғи және техногендік көздер
Табиғи көздер
- тау жыныстары мен минералдардың үгілуі
- эрозиялық процестер
- жанартау атқылауы
Техногендік көздер
- пайдалы қазбаларды өндіру және өңдеу
- отын жағу (әсіресе көмір)
- көлік
- ауыл шаруашылығы (тыңайтқыштарды ретсіз қолдану)
Көп жағдайда ауыр металдардың биосфераға түсуіндегі негізгі үлес металлургиядан тыс өндірістерге, нақты айтқанда көмірдің жануына тиесілі. Отын жану өнімдері атмосфераға әртүрлі формада таралады: шаң-тозаң, аэрозоль және газ.
Атмосферадағы бөлшектердің ерекшелігі
Қорғасын, кадмий, мыс, мырыш аэрозольдері көбіне субмикронды (шамамен 0,5–1 мкм) бөлшектер түрінде кездеседі, ал никель мен кобальт аэрозольдері жиі ірі дисперсті (1 мкм-ден жоғары) бөлшектерден тұрады.
Металлургия қалдықтарының бір бөлігі ерімеген күйде болады; ластаушы көзден алыстаған сайын ірі бөлшектер шөгіп, ерігіш қосылыстардың салыстырмалы үлесі артуы мүмкін.
Адам әрекеті және техногендік ластану
Қазіргі кезеңде биосфераны ластаушылардың негізгі көзі — адамдардың шаруашылық қызметі. Өнеркәсіптің газ тәрізді, сұйық және қатты қалдықтары ауаға, суға және топыраққа түсіп, трофикалық тізбектер арқылы айналып, ақырында адам организміне жетеді.
Қысқа мерзімді әсер белгілері
- бас айналу
- лоқсу, құсу
- тамақ жыбырлауы, жөтел
Жоғары доза кезіндегі қауіп
Улы заттар көп мөлшерде әсер еткенде ауыр улану, есінен тану және төтенше жағдайларда өлімге дейін әкелуі мүмкін. Мұндай мысалға желсіз күндері қала үстінде жиналатын өндірістік тұман мен түтінді келтіруге болады.
Ластаушылардың негізгі топтары
Физикалық ластану: радиоактивті заттар, электромагниттік толқындар, жылу, шу, тербеліс.
Химиялық ластану: көміртегі өнімдері, күкірт қосылыстары, көмірсутектер, шайынды сулар, пестицидтер, гербицидтер, фторлы қосылыстар, ауыр металдар, аэрозольдер.
Биологиялық ластану: ауру қоздырғыш бактериялар мен вирустар, құрттар, қарапайымдылар, шамадан тыс көбейген зиянкестер.
Эстетикалық зиян: ландшафттардың бүлінуі, орман-тоғайлардың жойылуы және басқа да табиғи орта құндылықтарының жоғалуы.
Химиялық ластанудың кейбір түрлері жаһандық экологиялық құбылыстарды күшейтеді: жылу эффектісі, озон қабатының жұқаруы, қышқыл жауындар, фотохимиялық тұмша.
Ауыр металдардың таралуы: деректер және мысалдар
Ауыр металдардың қоршаған ортаға таралуы табиғи факторлармен қатар антропогендік ықпал арқылы да қарқынды жүреді. Оған өндірістік қалдықтар, тау-кен өндірісі, көлік, түсті және қара металлургия, сондай-ақ ауыр металдары бар тыңайтқыштарды бақылаусыз қолдану әсер етеді.
Өнеркәсіп пен көліктің үлесіне қатысты мысал
Кей деректер бойынша түсті металл балқыту кәсіпорындары жыл сайын қоршаған ортаға мыс, мырыш, қорғасын, никель, кобальт, молибден, сынап сияқты элементтердің едәуір мөлшерін шығарады; ал көмір мен мұнай өнімдерін жағудан да сынап пен қорғасын сияқты ластаушылар бөлінуі мүмкін. Қалалық ортада ауаның ластануының негізгі үлесі жиі автокөлік пен жылу-энергетика объектілеріне тиесілі.
Ең улы ауыр металдарға көбіне кадмий, қорғасын және сынап жатады. Халықаралық жіктемелерде оларға қосымша бірқатар элементтер (мысалы, V, Co, Mn, Cu, Mo, Ni, Zn, Cr) және металлоидтар (As, Se, Sb) да қауіптілігі бойынша аталады.
Топырақ пен тағам тізбегі: жинақталу және ұзақ сақталу
Топыраққа түскен ауыр металдар көбіне оның беткі қабатында шоғырланады. Топырақтың ауыр металдардан арылуы өте баяу жүреді, сондықтан ластану ұзақ жылдарға созылатын экожүйелік тәуекел тудырады.
Топырақтың «өздігінен тазаруы» қанша уақыт алады?
Кей бағалаулар бойынша топырақ қабатынан ауыр металдардың жарты мөлшеріне дейін арылуы үшін шамамен мынадай уақыт қажет болуы мүмкін:
- Zn (мырыш)
- 70–510 жыл
- Cd (кадмий)
- 13–110 жыл
- Cu (мыс)
- 310–1500 жыл
- Pb (қорғасын)
- 740–5900 жыл
Қорғасын: тағамда жиі кездесетін қауіпті ластаушы
Қорғасынның кумулятивтік (жиналғыш) және уытты қасиеті айқын. Оның жоғары мөлшері көбіне ауаның, топырақтың және судың техногендік ластануымен байланысты. Металлургия кәсіпорындарының қалдықтары мен автокөлік газдары жол жиегіндегі өсімдіктерде қорғасын мөлшерін бірнеше есеге арттыруы мүмкін. Бұл өсімдіктермен қоректенген мал организмінде де қорғасынның жиналуы ықтимал.
Өсімдіктерге әсері: морфологиялық бұзылыстардан өнімділікке дейін
Қорғасын, кадмий, хром, никель сияқты көптеген ауыр металдар — уытты заттар. Олар тірі организмдерде жиналып, ұзақ уақыт сақталып, аккумуляцияланған у ретінде әсер етеді.
Физиологияға әсері
Кей ауыр металдар (мысалы, Zn, Cu) және күкірт тотығы (SO2) жапырақтағы метаболизм процестерін тежеуші фактор ретінде әлсіретуі мүмкін.
Көрінетін белгілер
- некроз (форма/түсінің өзгеруі)
- хлороз, сарғаю
- тургордың төмендеуі, солу
- жапырақтың ерте түсуі
Өндіріс маңындағы аймақ: салыстырмалы өсім
Зерттеулер мыс балқыту өндірісіне жақын аумақта топырақ пен өсімдіктердегі ауыр металдар мөлшері бақылау аймағымен салыстырғанда айтарлықтай жоғары болатынын көрсетеді: мыс кейде 12 есеге дейін, басқа элементтер 2–5 есеге дейін артуы мүмкін. Топырақтағы концентрация 2–3 есе артқанда, өсімдіктердегі мөлшер 5–6 есе өсуі ықтимал, бұл топырақ пен өсімдік арасында тура корреляция бар екенін аңғартады.
Өнеркәсіптік шаңның механикалық әсері
Ірі шаң бөлшектері (шамамен 5–10 мкм) өсімдіктердің жер үсті мүшелерін механикалық түрде зақымдайды: бүршік, гүл, жапырақтың «кескіленуі», қабықтың жарылып-аршылуы, нәтижесінде ағаш су жоғалтып қурауға бейім келеді және тіршілік қабілеті төмендейді.
Атмосферадағы күкірт ангидриді, көміртегі тотығы, азот тотығы, күкірт қышқылы, күкіртсутек, хлор және ауыр металдар қылқанжапырақтылардың бүрі мен тұқымдарының дамуына, тұқым саны мен массасына кері әсер етуі мүмкін; ластаушы көзден алыстаған сайын бұл ықпал әлсірейді.
Өндіріс географиясы: шикізатқа жақын орналастыру принципі
Ауыр түсті металдардың кендері көп компонентті болады. Сондықтан оларды тиімді пайдалану үшін шикізатты кешенді өңдейтін өндірістер қалыптасқан. Мысалы, кей кәсіпорындарда негізгі металдан бөлек көптеген қосалқы өнім алынады.
Мұндай кендердің тағы бір ерекшелігі — пайдалы компоненттердің үлесі жиі төмен болады. Сол себепті балқыту зауыттары көбіне шикізат көзіне жақын орналасады. Байытуда көп кезеңді флотация қолданылып, концентрат арнайы пештерде балқытылып, кейін зиянды қоспалардан тазартылады.
Экологиялық тәуекел
Ауыр металдар кендерінде күкірт жиі ілесіп жүреді. Балқыту кезінде күкіртті газ түзіліп, ол қоршаған ортаға қосымша зиян келтіруі мүмкін. Өндірісте газды ұстап, күкірт қышқылына айналдыру технологиялары қолданылғанымен, тәуекел толық жойылмайды және қатаң бақылауды қажет етеді.