W latach 1800-1945 zaczęto produkować i stosować wykładniczo pierwsze produkty chemiczne wraz ze wzrostem liczby ludności. Większość tych produktów została wykonana z metali lub pochodnych. W tym samym czasie, w którym wzrosło użycie produktów chemicznych, zwiększyło się również ich pojawianie się w wodach. Metale ciężkie pochodzą głównie z natury, ale gdy ich struktura zostanie zmodyfikowana lub wejdą w kontakt z żywymi istotami, mogą powodować skutki zdrowotne, a nawet śmierć i destabilizować ekosystemy wodne. W Green Ecologist wyjaśnimy Ci to jak zanieczyszczenie metalami ciężkimi występuje w wodzie i jakie są tego konsekwencje.
Czym są metale ciężkie i przykłady
Metale ciężkie to grupa pierwiastków chemicznych, których masa atomowa wynosi od 63,55 (miedź) do 200,59 g/mol (rtęć), a ich gęstość waha się od 4 do 7 g/cm3. ten najczęściej używane i znane metale ciężkie ponieważ ich problemy środowiskowe to:
- Ołów (Pb).
- Rtęć (Hg).
- Cynk (Zn).
- Kadm (Cd).
- Miedź (Cu).
- Molibden (Mo).
- Mangan (Mn).
- Nikiel (Ni), m.in.
Uwzględniono również inne lżejsze pierwiastki toksyczne, takie jak:
- Aluminium (Al).
- Beryl (Be).
- Arsen (as).
Metale ciężkie pochodzą z: szeroka gama czcionek, zarówno naturalne, jak i sztuczne:
- ten Naturalne źródła odpowiadają one minerałom bogatym w metale z podłoża skalnego lub wulkanów.
- ten źródła antropiczne lub sztuczne odpowiadają złożom górniczym, przemysłom i źródłom energii oraz wszystkim, co wiąże się z ich transportem.
Różne metale ciężkie są niezbędne do prawidłowego funkcjonowania ekosystemu. Metale takie jak żelazo, miedź, cynk i molibden są niezbędne dla roślin i zwierząt, ponieważ wchodzą w skład enzymów i innych białek. Na przykład hemocyjanina, białko osocza krwi odpowiedzialne za wymianę gazową u skorupiaków, mięczaków i pajęczaków, zawiera miedź. Zwłaszcza w morzu, ale także w wodzie słodkiej, żelazo działa jako czynnik ograniczający produkcję pierwotną, podczas gdy molibden działa jako czynnik ograniczający tempo wiązania azotu. Te metale muszą być naturalnie występujące w niskich stężeniach ale jeśli są w wyższych stężeniach, nawet nieznacznie, mogą być toksyczne. Inne metale ciężkie, takie jak arsen, kadm, ołów i rtęć są po prostu toksyczne i nie są wymagane w działaniach biologicznych.
Jak w wodzie występuje zanieczyszczenie metalami ciężkimi
Pojawia się zanieczyszczenie środowiska metalami ciężkimi kiedy ich wydobycie i wykorzystanie jest zintensyfikowane. Rozwój miast przyczynił się również do przedostania się metali ciężkich do środowiska, ponieważ do urbanizacji konieczne jest przekształcenie gleby i podłoża skalnego pod spodem. Ponadto nieoczyszczone ścieki, odcieki ze składowisk czy składowanie odpadów do środowiska są również źródłem zanieczyszczenia metalami ciężkimi.
ten działalność przemysłowa i górnicza Odpowiada za uwalnianie do środowiska ołowiu, rtęci, kadmu, arsenu i chromu, szkodliwych zarówno dla zdrowia ludzkiego, jak i innych żywych istot.
Znaczna część ołowiu jest uwalniana z recykling baterii i odpadów przemysłowych, takie jak spawy, metale, powłoki kabli itp. Ołów zanieczyszcza wodę poprzez rozpuszczalne w wodzie sole, które powstają głównie w przemyśle farby i pirotechnika, w produkcji ceramiki szkliwionej, w fototermografii i technikach barwienia szkła, w produkcji chemikaliów, takich jak tetraetyloołów (przeciwstukowy w benzynie) oraz w górnictwie, między innymi.
Rtęć ma tę szczególną cechę, że w stanie środowiska jest w stanie ciekłym. Nie jest jednak tak toksyczny jak jego opary i pochodne. Niektóre związki rtęci pochodzą z fabryki polichlorku winylu (PVC) i inne związki chlorowane, farby grzybobójcze i pestycydy, detonatory wybuchowe i tworzywa sztuczne, pochodzące z działalności wydobywczej, takiej jak wydobycie cynobru (minerał siarczku rtęci), złota i srebra oraz przez rafinerie ropy naftowej.
A niewielka część zanieczyszczeń wód z rtęcią pochodzi z aktywność biologiczna. Niektóre bakterie beztlenowe żyjące na dnie jezior są zdolne do przekształcania rtęci i innych nieorganicznych pochodnych w organiczne związki rtęci poprzez procesy metylacji (dodanie grup -CH3).
Innym szczególnie toksycznym metalem jest kadm, który ma tendencję do tworzenia związków wodnych. Najczęściej stosowanymi w przemyśle związkami kadmu są kompleksy halogenków, cyjanek i amina. Kadm zanieczyszcza wodę głównie przez: zrzuty ścieków surowe z branż takich jak obróbka metali, elektronika, stopów żelaza oraz produkcja żelaza i cynku, produkcja pigmentów (farby i barwniki), baterie (kadm, nikiel), stabilizatory tworzyw sztucznych, fungicydy, z zabiegów takich jak elektroosadzanie i ich zastosowanie w reaktorach jądrowych.
Niektóre pochodne kadmu są stosowane jako katalizatory, a ich sole kwasów organicznych (laurynian, stearynian lub benzoesan kadmu) są stosowane jako stabilizatory światła i temperatury w tworzywach sztucznych. Te stabilizatory mogą zanieczyścić żywność, jeśli są przechowywane w plastikach, które je zawierają.
Cyjanki pochodzące z przemysłu galwanicznego, rafinerii i oczyszczania metali są odprowadzane do ścieków, zanieczyszczając ekosystemy wodne. Inne metale, takie jak arsen, miedź i chrom są szeroko stosowane jako środki do konserwacji drewna i popiół węglowy Zawierają ślady wielu metali ciężkich.
Ogólnie rzecz biorąc, metale ciężkie, z wyjątkiem arsenu, molibdenu i selenu, są słabo rozpuszczalne w wodach alkalicznych (pH>7) i mogą wiązać się z cząstkami organicznymi. W ten sposób metale mogą pojawiać się w bardzo wysokich stężeniach toksycznych w wodach, które są pozornie czyste, nieskazitelne i przejrzyste, takich jak oligotroficzne wody górskiej rzeki. Stężenia metali ciężkich mogą być szczególnie wysokie w wodach miękkich, które przepływają przez obszary z minerałami siarki lub pozostałościami górniczymi.
Konsekwencje metali ciężkich w wodzie
Metale ciężkie są silnymi czynnikami, które mają znaczący wpływ na ekosystemy słodkowodne. Metale te zazwyczaj występują w niskich stężeniach, w częściach na milion (ppm) lub częściach na miliard (ppb), co czyni je trudnymi i kosztownymi do wykrycia.
Istnieje kilka bioindykatorów, takich jak makrobezkręgowce wodne, które mogą gromadzić metale ciężkie w swoim egzoszkielecie nawet przez tygodnie i miesiące. Na przykład larwy dzięcioła są dobre bioindykatory średniego stężenia metali takich jak kadm i molibden w potokach górskich dotkniętych uwolnieniem ścieków kopalnianych.
Chociaż metale występują w niskich stężeniach, mają szereg konsekwencje dla ekosystemów, co wyjaśnimy poniżej.
Śmiertelne i subletalne skutki dla organizmów
Skutki metali ciężkich mogą: być sklasyfikowane jako ostre lub przewlekłe. Ostre skutki pojawiają się w krótkim czasie i zwykle kończą się zabijaniem lub poważnym uszkodzeniem organizmów. Typowe efekty subletalne to zmniejszone tempo wzrostu i zmiany w zachowaniu lub rozwoju.
Z drugiej strony, skutki przewlekłe to te, które pojawiają się w dłuższej perspektywie. Wiele metali to:
- rakotwórcze: przyczyną raka.
- teratogenny: mają negatywny wpływ na rozwój.
- Mutagenny: uszkodzenie DNA.
- Neurotoksyczny: negatywnie wpływają na funkcje neuronalne i poznawcze.
- Substancje zaburzające gospodarkę hormonalną: zachowywać się jak lub ingerować w hormony.
- Mogą nawet uszkodzić układ odpornościowy organizmów.
Bioakumulacja
Metale ciężkie mają również pośredni wpływ na żywe istoty, ponieważ są: biokumulują się w organizmach i poruszają się po sieciach pokarmowych. Wiele metali, takich jak organiczne związki rtęci, jest lipofilowych, to znaczy są lepiej rozpuszczalny w tłuszczu niż w wodzie, a zatem mają tendencję do gromadzenia się w tkance tłuszczowej zwierzęcia. Chociaż wiele metali występuje w niskich stężeniach, rzędu części na bilion (ppt), mogą one być bezpośrednio toksyczne dla organizmów żywych lub nie, jednak ze względu na bioakumulację mogą gromadzić się w organizmach na bardzo toksycznych poziomach.
Biomagnifikacja
Biomagnifikacja to proces, w którym metale lipofilowe przesuwają się w górę łańcucha pokarmowego, od ofiary do drapieżnika. Na przykład fitoplankton podczas filtrowania wody gromadzi w organizmie metale lipofilowe, a zatem stężenie metali w organizmie będzie wyższe niż w wodzie. Kiedy zooplankton konsumuje fitoplankton, część tych metali jest przenoszona do tłuszczów zooplanktonu, zwiększając z kolei ich stężenie w stosunku do fitoplanktonu. Proces ten trwa w górę łańcucha pokarmowego. Bardzo powszechna zasada mówi, że każdy poziom troficzny może akumulować nawet dziesięciokrotnie większą toksyczność niż poprzedni poziom troficzny.
Jeśli chcesz przeczytać więcej artykułów podobnych do Zanieczyszczenie metalami ciężkimi w wodzie, zalecamy wejście do naszej kategorii Zanieczyszczenia.
