Башкирское Зауралье
Сибайский промышленный узел включает в свой состав, кроме Сибая, Баймак и рудничный поселок Семеновский. Этот узел имеет ряд серьезных проблем. Добываемая здесь руда является комплексным сырьем. В ней содержится до 20 полезных веществ. В настоящее время из сибайских обогащенных медно-колчеданных руд на предприятиях цветной металлургии Урала выплавляют медь и частично извлекают цинк, золото, серебро. А остальные компоненты руды (железо, редкие металлы, сера) не используются.
Разработка медно-колчеданных руд здесь ведется карьерным способом. В отвалах скапливается такое количество отходов от обогащения руды, что можно говорить о появлении искусственных гор, созданных человеческой деятельностью.
Установлено, что 70–75% всех производимых отходов приходится на горную отрасль промышленности.
Существует четкая закономерность: чем меньше объем производства металла, тем больше отходов образуется при получении его из руды. Так, при получении 1 т железа из богатых железом руд образуется 1 т пустой породы, а из бедных железом руд на такое же количество выплавленного металла – уже 2 т пустой породы. Для цветных металлов количество отходов еще больше: на 1 т свинца – 30 т пустой породы, никеля – 100 т, меди – 200–300 т, олова –500–1000 т. В отвалах теряется более 15% меди, 50% цинка, 13–14% благородных металлов.
2-й ученик. Наряду с горно-рудной промышленностью основным источником загрязнения биосферы Зауралья является автотранспорт, парк которого непрерывно растет. В состав выхлопных газов автотранспорта входит более 200 компонентов, тогда как нормируются лишь немногие из них. Наиболее опасным является свинец.
При сгорании этилированного бензина 50–75% свинца, находящегося в топливе, выделяется вместе с выхлопными газами. Соли свинца находятся в атмосфере в виде тончайшей взвеси и свободно проникают в организм человека, оседают на почве и растительности.
Примерно половина такого свинца концентрируется вблизи шоссе и оживленных городских улиц. Здесь содержание в почве свинца превышает его фоновое значение в 22 раза, кобальта – в
10 раз, цинка – в 28 раз, меди – в 100 раз. Из почвы металлы попадают в растения.
В овощах, выращенных на расстоянии 100–500 м от предприятия цветной металлургии, свинца содержится в 5–10 раз больше, чем на более удаленных участках. Накапливать металлы способны также грибы, водоросли, моллюски, рыбы. Например, в карпах, выращенных в прудах вблизи автомагистралей, концентрация свинца может превышать допустимые значения в
3 раза. В среднем за год один автомобиль выделяет 2,5–3 кг свинца.
3-й ученик. Загрязнение окружающей среды металлами наносит вред живым организмам: металлы проявляют двойственный характер в природной среде в зависимости от концентрации. Завышенное или заниженное содержание их в организме может вызывать различные болезни. Биосфера Зауралья насыщена такими металлами, как медь, свинец, кобальт, никель, железо, ртуть, и их соединениями.
Например, медь в организме человека, как и железо, играет важную роль в поддержании нормального состава крови. Присутствие меди необходимо для активизации железа, накопленного в печени, в противном случае оно не сможет участвовать в образовании гемоглобина. Медь относится к группе высокотоксичных металлов. Ионы меди при избытке их в организме способны блокировать SН-группы белков, в особенности ферментов, т.е. нарушать их каталитическую функцию.
Соли меди повышают проницаемость мембран митохондрий, разрушают эритроциты, вызывают расстройства нервной системы, печени, почек, снижение иммунобиологической реактивности, поражение зубов и слизистой рта, язвенную болезнь желудка. Соединения меди весьма токсичны для всех представителей флоры и фауны. В природных водоемах их токсическое действие проявляется по-разному. В жесткой воде оно выражено слабее, чем в мягкой, поскольку часть ионов меди связывается в ней в виде карбонатов и остается недоступной для гидрокарбонатов. В почве соединения меди угнетают активность нитрифицирующих бактерий, задерживая минерализацию азота, и тем самым снижают урожай сельскохозяйственных культур, вызывают хлороз у растений, а также гибель земляных червей, вследствие чего почва теряет структуру. Биоиндикаторами на соединения меди при загрязнении ими среды могут служить птицы (изменение перьевого покрова), сине-зеленые водоросли, моллюски, черви (изменение внешнего вида или гибель).
4-й ученик. Цинк – важный микроэлемент. Он входит в состав крови и мышечной ткани, является катализатором многих реакций. Цинк входит в состав инсулина – гормона поджелудочной железы, регулирующей содержание сахара в крови, участвует в переносе углекислого газа в крови позвоночных. При дефиците цинка в организме возможен диабет, кожные заболевания. Высокие концентрации цинка вызывают мутации и онкологические заболевания. Нельзя пить воду, долго хранившуюся в оцинкованной посуде, т. к. накапливающиеся в ней ионы цинка отрицательно воздействуют на желудочно-кишечный тракт.
5-й ученик. Все соединения свинца и сам металл ядовиты. В организме человека свинец удерживается белками эритроцитов, затем поступает в плазму крови. Поражение десен, расстройство желудка, заболевания почек, сосудов, центральной нервной системы, угнетение синтеза белка, отрицательное воздействие на генетический аппарат клетки – результат отравления свинцом.
6-й ученик. Kобальт – незаменимый микроэлемент, он входит в состав витамина B12 и ряда ферментов. В повышенных концентрациях кобальт весьма токсичен. Он понижает артериальное давление, нарушает функции печени, щитовидной железы, углеводный обмен, увеличивает содержание молочной кислоты в мышечной ткани (причины утомляемости), тормозит переваривание жиров. Высокие дозы кобальта инактивируют ферменты окислительно-восстановительного ряда, угнетают дыхание тканей костного мозга, печени, почек, процессы кроветворения.
7-й ученик. Металлом, особенно опасным для биосферы, является ртуть. Испаряясь при комнатной температуре, она проникает в организм через кожу и органы дыхания в виде ртутных паров. Ртуть разрушает печень, почки, зубы, образуются язвы, поражается центральная нервная система. Если металлическая ртуть оказалась разлитой в помещении, следует засыпать ее порошком серы или залить раствором хлорида железа(III).
Учитель. В последние два года мы изучали экспериментальным путем содержание ионов тяжелых металлов в окружающей нас среде. Об этом следующий рассказ.
8-й ученик. Мы исследовали содержание ионов тяжелых металлов Pb 2+ и Fe 3+ в снеге и почве. Пробы снега и почвы для опытов отбирали в различных местах. Результаты показали, что концентрация ионов этих металлов в почве больше, чем в снеге. Это можно объяснить тем, что снег накапливает загрязняющие вещества в течение сезона, а почва – из года в год. На территориях, близлежащих к промышленным объектам, содержание ионов этих металлов больше, чем на отдаленных от них территорияx, что соответствует литературным данным (табл. 1).
Источник
Металлы окружающей среде здоровье человека
Целью данной работы является изучить роль металлов как биогенов и как загрязнителей природной среды, их положительное и отрицательное воздействие на биологические системы и на организм человека.
1) Расширить представления о специфических свойствах металлов, их двойственной роли в природе, последствиях воздействия металлов или их соединении на биологические системы.
2) Раскрыть причины и основные источники загрязнения окружающей среды металлами.
3) Изучить влияние гипо- и гиперконцентрации металла на состояние здоровья человека.
Предметом исследования является:
1) Почва и растения на парковой зоне возле Татарской государственной филармонии на пересечении улиц Павлюхина и Эсперанто г. Казани, вода из озера «Кабан» на наличие тяжелых металлов, влияние их на здоровье человека.
2) Медицинские карты людей, проживающих в этом районе
Актуальность рассматриваемой темы заключается в том, что металлы вызывают глобальные экологические проблемы. А экология в свою очередь влияет на здоровье человека.
1. Нахождение металлов и их соединений в природе
Менделеевская таблица химических элементов, составляющие все живое и неживое во Вселенной, на три четверти состоит из металлов. Десятки из них широко применяются в технике и быту. Остальные с каждым годом все глубже внедряются в практику.
Большинство металлов в природе встречаются в виде руд и соединений. Они образуют оксиды, сульфиды, карбонаты и другие химические соединения. Так, содержание некоторых металлов в земной коре следующее:
Большое количество натрия и магния содержится в морской воде: до 1,05%. В малых количествах они присутствуют в растениях, живых организмах (играя при этом важную роль).
В природе металлы встречаются в различном виде:
— в самородном состоянии: серебро, золото, платина, медь, иногда ртуть (золото, серебро и платина относятся к драгоценным металлам).
— в виде оксидов: магнетит Fe3O4, гематит Fe2О3 и др.
сульфидов: галенит PbS, киноварь НgS
хлоридов: сильвин КСl, галит NaCl, сильвинит КСl*NаСl, карналлит КСl*МgСl2*6Н2О
карбонатов: мел, мрамор СаСО3, магнезит МgСО3. [2,c 624]
Многие металлы часто сопутствуют основным природным минералам: скандий входит в состав оловянных, вольфрамовых руд, кадмий — в качестве примеси в цинковые руды, ниобий и тантал — в оловянные. Железным рудам всегда сопутствуют марганец, никель, кобальт, молибден, титан, германий, ванадий. Бронза, как известно, сохраняется в земле, точнее — в ее культурном слое, тысячелетия. Железо, напротив, довольно быстро возвращается в первозданное состояние — ржавление превращает его снова в соединения железа с кислородом.
Для получения чистых металлов и дальнейшего их применения необходимо выделить их из руд и провести очистку. При необходимости проводят легирование и другую обработку металлов. Изучением этого занимается наука металлургия.
Металлургия различает руды чёрных металлов (на основе железа) и цветных (в их состав не входит железо, всего около 70 элементов). Исключением можно назвать около 16 элементов: это благородные металлы (золото, серебро и др.), и некоторые другие (например, ртуть, медь), которые присутствуют без примесей. [3]
2. Металлы в организме человека
В организме человека находятся 81 химический элемент из 92 встречающихся в природе. Организм человека – это сложная система, похожая на химическую лабораторию. Трудно себе представить, но ежедневно наше самочувствие, настроение и даже аппетит могут зависеть от минеральных веществ. Без них бесполезным оказываются витамины, невозможны синтез и распад белков, жиров и углеводов.
Рис. 1. Металлы в организме человека. [7]
2.1. Биологическая роль некоторых металлов в организме человека.
Золото. В средневековье алхимики считали золото совершенством, а остальные металлы – ошибкой в акте творения и, как известно, прикладывали большие усилия для ликвидации этой ошибки. Идею введения золота в медицинскую практику приписывают Парацельсу, который провозгласил, что целью химии должно быть не превращение металлов в золото, а приготовление лекарств. Лекарственные препараты из золота и его соединений пытались применять при многих заболеваниях. Им лечили волчанку, туберкулез. У людей, чувствительных к золоту, оно может вызвать нарушение состава крови, реакцию со стороны почек, печени, влиять на настроение, рост зубов, волос.
Алюминий. Алюминиевую посуду называют посудой бедняков, так как этот металл способствует развитию старческого атеросклероза. При приготовлении пищи в такой посуде алюминий частично переходит в организм, где и накапливается.
Цинк. Оптимальная интенсивность поступления цинка в организм 15 мг/сут, суточная потребность составляет 50 мг. Дефицит цинка может развиваться при недостаточном поступлении этого элемента в организм (1 мг/сут и менее), а порог токсичности составляет 600 мг/сут. В организм человека 99 % цинка попадает с пищей. Особенно много цинка содержится в говядине, печёнке, устрицах (400 мг в 100 г продукта), пшеничных зародышах. Цинк поступает в растение в виде иона Zn 2+ . Для лучшего усвоения цинка организмом необходимы витамины А и В6. Усвоению цинка препятствуют медь, марганец, железо и кальций. В организме взрослого человека содержится 3 г цинка на 70 кг. Цинк можно обнаружить во всех органах и тканях.
Ежедневно около 11 мг цинка выводится из организма, 5 % из этого количества выводится с мочой.
Таблица. 1. Содержание Zn в органах и тканях.
Содержание цинка, мг в 1кг
В медицине цинкосодержащий препарат сульфат цинка используется при дефиците цинка, для лечения болезней кожи, волос, ногтей, цирроза печени и при заживлении ран. Препарат несовместим с карбонатами, сульфитами – осаждение нерастворимых солей цинка; с восстановленным магнием выпадает осадок цинка.
Медь. Среднее содержание меди в человеческом организме 150 мг на 70кг. В организм медь поступает в основном с пищей. Много меди содержится в морских продуктах, бобовых, капусте, картофеле, крапиве. Содержание меди в 100 г огурцов составляет 8,4 мг. В желудочно-кишечном тракте адсорбируется до 95 % поступившей в организм меди. В крови медь связывается с сывороточным альбумином (12-17%), аминокислотами (10-15%), транспортным белком (12-14%). Оптимальная интенсивность поступления меди в организм составляет 2-3 мг/сут. Суточная потребность организма в меди – 2 мг.
При ожогах кожи фосфором её обильно смачивают 5 %-ным раствором сульфата меди (II).
Марганец. Соединения марганца в основном поступают в организм с пищей. Много марганца содержится в ржаном хлебе, пшеничных и рисовых отрубях, сое, горохе, свёкле (содержание марганца в 100 г свёклы составляет 0,65 мг). Марганец поступает в растение в виде ионов Mn 2+ . В теле человека содержится 2,2·10 20 атомов марганца. Среднесуточная потребность человека в марганце составляет 5-9 мг. Биоусвояемость марганца невысока, всего 3-5 %. Оптимальная интенсивность поступления марганца в организм 5-9 мг/сут; уровень, приводящий к дефициту, и порог токсичности оцениваются в 1 и 40 мг/сут соответственно.
В медицинской практике для промывания ран применяют раствор перманганата калия.
Калий. Число атомов калия в теле человека составляет 2,2·10 24 . Содержание калия в пище жителей разных стран колеблется от 1800 до 5600 мг. В США рекомендуемая минимальная величина суточного потребления калия установлена в размере не менее 2000 мг для лиц 18-летнего возраста. Для людей старшего возраста к этой величине прибавляют количество лет отдельного индивидуума: например, для людей в возрасте 50 лет этот показатель равен 2050 (2000+50). Биоусвояемость калия организмом составляет 90-95 %. Соли калия легко всасываются и быстро выводятся из организма с мочой, потом и через желудочно-кишечный тракт.
Калийсодержащий препарат перманганат калия несовместим в жидких лекарственных формах с восстановителями – происходит взаимное разложение; с бромидами, иодидами, хлоридами – выделяются галогены; с солями двухвалентного железа – образуется трёхвалентное железо; с соляной кислотой и её солями образует свободный хлор, с аммиаком – нитраты.
Железо. В организме содержится 3г железа, из них 2 г в крови. Железо входит в состав гемоглобина. Недостаточное содержание железа приводит к головной боли, быстрой утомляемости. Академик Ферсман говорил, что железо – не только основа всего мира, самый главный металл окружающей нас природы. Оно основа культуры и промышленности. Оно орудие войны и мирного труда, и во всей таблице Менделеева невозможно найти другой такой элемент, который был бы так связан с прошлыми, настоящими и будущими судьбами человечества. [1,c 99-105]
2.2. Влияние гипо- и гиперконцентрации металла на состояние здоровья человека
Нарастающее производство металлов имеет далеко идущие последствия.
Во-первых, на отдельных участках биосферы создаются такие значительные концентрации металлов, которые не могли возникнуть в результате природных геохимических процессов.
Во-вторых, в результате производственной деятельности объединяются такие металлы, геохимия которых существенно различается и которые в природе стремятся к разделению.
В-третьих, человек захватывает и концентрирует металлы в совершенно иных соотношениях, чем они находятся в земной коре. В результате непропорциональной по отношению к кларкам добычи на поверхности суши нарушаются соотношения между металлами.
Человечество затрачивает колоссальные усилия и энергию на то, чтобы выделить и сконцентрировать металлы, но при этом вступает в противоречие с направленностью геохимических процессов и законной химии. Однако в процессе хозяйственного использования металла восстанавливается равновесие, нарушенное человеком.
Помимо этого, огромное количество железа истирается, распыляется во время работы различных машин. Люди борются с этим, возвращая часть испорченного металла на переплавку, но при этом также происходят невосстанавливаемые потери.
В результате сжигания больших масс каменного угля микропримеси металлов поступают с дымом в атмосферу и разносятся по всей поверхности земного шара. Если рассеяние металлов, производящиеся горно-металлургической промышленностью, протекает с умеренной скоростью, то распыление металлов через атмосферу посредством сотен тысяч дымовых труб происходит очень быстро. Каждый год сотни тысяч тонн металлов рассеиваются в атмосфере. При сжигании угля распространённые металлы в значительно меньшем количестве, чем они добываются из недр.
Токсическими свойствами обладают практически все тяжелые металлы, когда их содержание превышает верхний порог концентрации. Ниже представлена таблица, в которой отражены биологическая роль металлов и их токсическое действие. [4]
Табл. 2. Влияние гипо- и гиперконцентрации металла на состояние здоровья человека [4]
Металл
Биологическая роль
Токсическое действие избытка металла
Дефицит приводит к психическому расстройству.
Избыток вызывает общую заторможенность, нарушение дыхания и сердечного ритма, слабость, сонливость, потерю аппетита, жажду, а также дерматит лица и рук.
Поддерживает у человека нормальную возбудимость мышечных клеток, поддерживает кислотно-щелочной баланс в организме, принимает участие в регуляции сердечной деятельности, удерживает воду в организме.
Избыток приводит к нарушению водного баланса, сгущению крови, нарушению функции почек, сердечно-сосудистой системы, а также к общему нарушению обмена веществ.
Регулирует белковый и углеводный обмен, влияют на процессы фотосинтеза и рост растений. Необходим для нормального функционирования всех мышц, особенно сердечной, способствует выделению избыточного натрия, избавляя организм от лишней воды и устраняя отеки.
При избытке происходит усиление двигательной активности, нарушение сердечного ритма, нарушение углеводного, жирового и белкового обмена.
Проявляет антисептическое и сосудорасширяющее действие, понижает артериальное давление и содержание холестерина в крови, играет большую роль в профилактике рака. Благотворно влияет на органы пищеварения.
Повышенное содержание приводит к нарушению минерального обмена. Нарушение баланса обмена магния вызывает повышенную смертность от сердечно-сосудистых заболеваний и болезней желудочно-кишечного тракта.
Необходим для процессов кроветворения, обмена веществ, для уменьшения проницаемости сосудов, нормального роста скелета, благотворно влияет на состояние нервной системы, оказывает противовоспалительное действие.
При избытке кальция возникает цистит. Если кальций попадает в организм в виде цементной пыли, то страдают органы дыхания, у детей снижается возбудимость нервной системы и обонятельного анализатора.
Влияет на процесс образования костей.
При избытке стронция поражаются костная ткань, печень, кровь; наблюдается повышенная ломкость костей, выпадение волос.
Содержится в легких, печени, костях, головном мозге; действует на пищеварительную и нервную систему.
Избыток приводит к нарушению минерального обмена
Входит в состав крови и мышечной ткани, является катализатором многих реакций; входит в состав инсулина, участвует в белковом обмене.
При высоких концентрациях является мутагеном и онкогеном.
