Экологические и медицинские последствия загрязнения литосферы
СОДЕРЖАНИЕ
1. Экологические и медицинские последствия загрязнения литосферы
1.1 Роль литосферы, почвы в круговороте веществ в природе
1.2 Источники биогеохимических изменений литосферы, почвы
1.3 Медицинские последствия загрязнения литосферы, почвы
Список использованных источников
1. Экологические и медицинские последствия загрязнения литосферы
Литосфера - верхняя твердая оболочка Земли (кора) является кладовой минеральных веществ, топливно-энергетических ресурсов, драгоценных и редких металлов. Для нужд хозяйственно-бытовых, промышленных, сельскохозяйственных все это добывается, извлекается из литосферы, перерабатывается и используется на 30-50%, все остальное складируется в отвалы на поверхности – пустые породы. Под действием осадков, ветра они вымываются, выветриваются и становятся загрязнителями, контаминантами почвы, воздуха, воды, жилищ.
Почва - это поверхностный слой Земли, земной коры на которой строятся города, поселки, промышленные предприятия, выращиваются сельскохозяйственные культуры. Почва является естественной биогеохимической лабораторией, в ней разрушаются органические и неорганические вещества, происходят фотохимические реакции.
Вопросами биогеохимии почвы и здоровья населения занимались: психолог-физиолог И.М.Сеченов, химик Д.И.Менделеев, почвовед В.В.Докучаев, основоположник космонавтики К.Э.Циалковский, основоположник научного и практического направления биохимии В.И.Вернадский (1864-1945), основа учения о биосфере.
Литосфера и почва оказывает опосредственное воздействие на здоровье человека по пищевой цепочке. Недостаток или избыток в почве, воде, сельскохозяйственных культурах, в организме птиц, животных эссенциальных (необходимых) для организма человека элементов способствует развитию эндемичных заболеваний. Эссенциальных элементов девять: железо, йод, медь, хром, кобальт, молибден, марганец, цинк, селен. Условно эссенциальные - фтор, никель, ванадий, мышьяк, кремний, литий, бор, бром. Группа токсических веществ – алюминий, кадмий, свинец, ртуть, бериллий, барий, висмут, таллий.
Закон лимитирующих факторов (закон Либиха) и толерантности (устойчивости) закон Шелфорда приемлем в экологии, в медицинской экологии, медицине. Закон толерантности, устойчивости вида, популяции в медицинской экологии относится к населению, его здоровью, численности.
Первичная профилактика – это главное средство в противостоянии болезням пищевой цепочки. Истинная причина большинства болезней – антропогенное загрязнение литосферы, почвы, воды, продуктов питания.
В процессе жизнедеятельности человек становится мощнейшим геологическим фактором, изменяющим геохимические компоненты почвы, в ней появляются новые элементы и изотопы. Активно извлекаются и вовлекаются в круговорот миллионы тонн кремния, углерода, железа, ртути, меди, золота, натрия, хлора, калия, титана, цинка, алюминия, бора, бериллия, асбеста, никеля, вольфрама, урана. Биосфера переходит не в ноосферу, а в некросферу. Медицина без экологии, ее законов бессильна.
Дальнейшее увеличение капиталовложений в медицину, на оздоровление не приводит к снижению заболеваемости. Необходима разумная деятельность человека по отношению к литосфере, почве. Врач любого профиля должен понимать связь цепочки биогеохимии почвы – воды, пищевых веществ и здоровья человека.
1.1 Роль литосферы, почвы в круговороте веществ в природе
Независимо от производственно-бытовой и сельскохозяйственной деятельности человека в естественной среде происходит круговорот веществ – процессы самоочищения. В биогеохимическом круговороте веществ в биоценозе (трофическая структура) участвуют 3 группы: продуценты, консументы деструкторы. Продуценты синтезируют с помощью света из углекислоты и воды, минеральных веществ, органические соединения (автотрофы). Консументы (гетеротрофы) преобразуют органические соединения в специфические формы белков и других ему нужных веществ.
Деструкторы (разрушители) или редуценты органические остатки окисляют до углекислоты и воды, которые снова вовлекаются в круговорот веществ.
Образуется пищевая цепь (цепь питания) – перенос энергии и веществ от автотрофов к потребителям - гетеротрофам-редуцентам.Человек для своей жизнедеятельности и удовлетворения своих растущих потребностей создал город как экосистему с промышленной зоной и агроэкосистему - сельскохозяйственную, с целью получения через литосферу и почву все необходимое. В.И.Вернадский (1926г.) в книге «Биосфера», представленная как единая динамичная система, организованная оболочка земной коры, сопряженная с жизнью, миграцией химических элементов, участие их в геологических и биологических циклах. Главным трансформатором космической энергии является зеленое вещество растений, синтезирующие первичные органические вещества.
Человечество является потребителем этой биогеохимической энергии. Разнообразие и богатство живой природы – есть биоиндикация баланса человек-среда обитания, обеспечивает эффективный круговорот веществ и стабильности популяций, видов. Важнейшую роль в пищевой цепи играют биогеохимические круговороты углерода, кислорода, азота, фосфора, серы.
Углерод распределен в довольно тонком слое земной коры. Основные запасы углерода в минералах и горных породах (известняки, доломиты, ракушечники). Круговорот углерода осуществляется благодаря растениям, через фотосинтез они превращают его в углеводы протеиды. Восполнение ресурсов CO2 идет за счет растворения известняков, вулканической деятельности, использования энергии ископаемого углерода – нефти, газа, сланцев, угля. Идет образование гумуса, минерализация почвы, равновесие атмосфера-почва-вода-известняки, коралловые рифы (H2
CO3
). С углеродом связан процесс возникновения и развития жизни на Земле. Основной запас углерода в форме карбонатов CaCO3
и гидрокарбонатов Ca(HCO3
)2
. Деятельность человека способствует повышению CO2
в атмосфере, метана и оксида углерода, оксидов азота и серы. Связывают углерод атмосферы зеленые массивы, растения гидросферы, морские организмы – затем отложения известняков. Судьба углерода непосредственно связана с кислородом.
Кислород вовлечен в циклы органического и неорганического мира. Главным производителем животворного кислорода является зеленое вещество растений, а главный потребитель – человек. Огромная масса кислорода используется для получения тепла при сжигании топлива. Кризис человек-среда обитания заключается в увеличении добычи энергетических ресурсов с одной стороны и уменьшением площади зеленых насаждений. Минимальный гигиенический норматив озеленения – 20% от общей площади. Взрослое дерево за сутки производит 180л O2, а человек потребляет в сутки 360л, а при работе – 700-900л. Легковой автомобиль за 1000км пробега поглощает годовую норму кислорода человека, а реактивный самолет за 3-5 часов сжигает 35-55т O2. Расход кислорода превышает его образование. Ультрафиолетовое излучение образует озоновый экран O2-O3, защитный слой для Земли и жизни на ней.
Азот – особый биогенный элемент, важный строительный материал для белков, нуклеиновых кислот и других соединений. В больших количествах азот находится в биогенных ископаемых (уголь, нефть, битум, торф). В почвах же растворимого азота мало, для роста и развития растений. Эти соединения азота в почве образуются благодаря жизнедеятельности некоторых микроорганизмов. Азот атмосферы – 78%, миллионы тонн инертен, он активен только в химических соединениях – азотнокислых и аммиачных солях. В почву азот из атмосферы попадает при грозовых разрядах вместе с осадками, при вулканической деятельности, и биологической фиксацией газообразного азота клубеньковыми (азотфиксирующими) бактериями и цианкобактериями (арахис, соя, чечевица, горох, фасоль, бобы, люцерна, клевер, люпин и др.). При процессах минерализации и нитрификации азот почвы переходит в азот гумуса (санитарное число Хлебникова). Восполнение почвы азотом для выращивания сельскохозяйственных культур, производит человек – органическими и минеральными удобрениями – до 40-60 млн.т. Азот усваивается растениями в виде нитритов и нитратов и по пищевым цепям поступает в организм человека. В атмосферу азот из почвы поступает благодаря процессам денитрификации почвенными и водными бактериями.
Фосфор участвует в синтезе белка, скелета, тканей мозга. Его круговорот происходит совместно с углеродом, O2
, азотом. Основные запасы фосфора в горных породах, в донных отложениях. В почве его мало, поэтому в агроэкосистемах используются фосфорные удобрения для получения высоких урожаев его необходимо до 60-70кг на гектар. Живое вещество биосферы и суши удерживает огромное количество фосфора – лесные массивы – до 100 кг/га. Добываются фосфорные удобрения из литосферы, апатиты. Круговорот происходит благодаря минерализации органического фосфора.
Сера участвует в биохимических процессах живой клетки. Основную роль в круговороте серы играют специализированные микроорганизмы окисления или восстановления этого элемента. В почве сера находится в виде сульфатов, в воде – в виде ионов. Минерал сера в природе встречается в виде сульфидов, в извержениях вулканов представлен довольно широко. Морские организмы поглощают серу, круговорот совершается благодаря деятельности сульфатредуцирующих бактерий.
Сульфаты морской воды восстанавливаются до сероводорода. На суше сера, после отмирания растений, переходит в почву, микроорганизмы восстанавливают ее до минеральной – сульфаты, которые поглощаются растениями. Добыча топливно-энергетических ресурсов, их сжигание нарушают естественный круговорот серы.
Поступление в атмосферу оксидов серы оценивается 280 млн.т. в год и более, что загрязняет не только атмосферу, но и в виде кислых осадков изменяет pH почвы.
1.2 Источники биогеохимических изменений литосферы, почвы
На почвенный покров Беларуси, ее геохимический состав оказывает деятельность человека. В почвах накапливаются и создаются искусственные геохимические провинции разного рода технофильных элементов, чрезмерная увлеченность минеральными удобрениями и ядохимикатами. Ядохимикаты подавляют биологическую активность почв, уничтожают микроорганиз
В сельскохозяйственном производстве без пестицидов не обойтись. Пестициды (средства борьбы с вредителями) делятся на:
- гербициды – уничтожение сорной растительности;
- инсектициды – уничтожение насекомых;
- зооциды – уничтожение грызунов;
- фунгициды – уничтожение возбудителей грибковых заболеваний;
- дефолианты – удаление листьев;
- дефлоранты – удаление цветков;
- репелленты – отпугивание насекомых.
Опосредственно, по пищевой цепочке, их остаточные количества попадают в организм человека.
Почва, литосфера – элемент природной среды освоена человеком под: селитебную (жилую) территорию; сельскохозяйственные угодья; зоны отдыха; рекреации (восстановления); под отвалы пустых горных пород; карьерные разработки и т.д.
В почве проявляется единство живого и мертвого (косного), кругооборота веществ атмосферы, гидросферы, литосферы – атмосферы.
Биоценоз почвы – динамичный фактор, превращения органического вещества в минералы, соли, воду, углекислоту. В последнее время биоценоз как естественный фактор самоочищения почвы, подвергается чрезмерной антропогенной нагрузке.
Изменяется гидрологическая ситуация в результате мелиорации, осушения болот, создания водохранилищ. Горнодобывающая промышленность добывая и используя одни элементы, засоряют почву отвалами пустой породы, шламмом, золой, шлаком. Интенсификация сельского хозяйства, механизация работ и химизация полей обогащают почву чужеродными веществами. Естественный ход минерализации и гумификации нарушается, уровень содержания химических, биологических, физических факторов становится опасным для растений, животных, здоровья человека.
Все загрязнения делятся на 3 группы: химические, физические, биологические.
Химические загрязнения – органические и неорганические, агрохимикаты (удобрения, кормовые добавки, пестициды) с биологической активностью разной направленности.
Минеральные макроудобрения (азот, фосфор, калий) и микроудобрения (бор, кобальт, марганец, медь, молибден, сера) вносят попутно в почву ионы хлора (засоление почвы), фтор, свинец. Животноводческие и птицеводческие комплексы, городское хозяйство, промышленные отходы (стекло, пластик – не подвергаются распаду), пастообразные, порошковые, жидкие отходы содержат токсические вещества, мутагенные, канцерогенные. Это шламмы коксохимических заводов, гальванических производств, цветной металлургии, производства полимерных материалов. Все виды транспорта, теплоцентрали загрязняют почву продуктами неполного сгорания моторного топлива, сажей, оксидами серы, углерода, азота, истирания резиновых и металлокордовых шин - свинец, хром, бензапирен, бифенилы. Опасность этих веществ определяется их токсичностью, стабильностью в почве. Употребление пищевых продуктов, выращенных на таких землях приводит к хроническим отравлениям, накоплению (кумуляции) этих веществ в организме человека, птиц, животных.
1.3 Медицинские последствия загрязнения литосферы, почвы
Литосфера, почва оказывают влияние на здоровье человека опосредственно: через растения как продукта питания и животных; через питьевую воду, которая содержит все растворимые в ней химические элементы и соединения; через почвенный воздух, содержащий газообразные продукты почвы.
Опосредственное влияние в виде болезней – этиологический фактор или как фактор риска. Этиологический фактор, как естественная геохимическая провинция вызывает эндемичные болезни. По йоду это эндемичный зоб, кретинизм, глухота, умственная отсталость, гипотрофия. По стронцию – уровская болезнь Кашина-Бека – деформирующий остеоартроз при дефиците Ca. В зоне песчано-подзолистых почв Республики Беларусь – мочекаменная болезнь, связанная с избытком Ca и Mg. А также такие как рассеянный склероз, онкология ЖКТ, сахарный диабет, гастрит, тиреотоксический зоб – связаны с недостатком йода и кобальта, при высоком содержании кремния. Дефицит в почве эссенциальных микроэлементов способствует усилению токсического действия свинца, кадмия, никеля.
Техногенные, антропогенные биогеохимические провинции – есть факторы риска. Экспериментальным путем рассчитывают ПДК, на его основе ПДУВ – уровни внесения химических веществ в почву и их безопасные остаточные количества – БОК. ПДК в почве утверждены на 13 анионов металлов и нескольких десятков пестицидов и агрохимикатов. Превышение ПДК нитратов в продуктах приводит к росту сердечно-сосудистых заболеваний, иммунной системы, вызывает тяжелую болезнь крови – гемоглобинемию.
Хлорорганические пестициды стабильны в окружающей среде. Гексахлоран проникает во все органы и ткани, липотропен, кумулируется в жировой ткани, блокирует ферменты дыхательной системы. Отдаленные последствия его накопления и действия – канцерогенное, тератогенное.
Гигиеническое значение имеют ароматические полициклические углеводороды, галогенсодержащие соединения, диоксины, бифенилы. Фосфорорганические пестициды также нарушают ферментные сиситемы, способствую развитию болезней обмена веществ, расстройство иммунной системы. Нитрозамины – канцерогены. ПАУ – полиароматические углеводороды вызывают хронические токсические поражения кожи, сальных желез, костного мозга, лимфатической системы. Наиболее стабилен, канцерогенен – бензапирен. ПХ – полихлорированные, бифенилы – высокостабильны, чрезвычайно токсичны, канцерогенны. Широко используются в виде добавок к трансформаторным маслам, в качестве растворителей красок, чернил, в производстве пластмасс.
Асбест широко используется в промышленности, добывается из естественных месторождений, при ингаляционном поступлении - бластомогенен. Асбест - это группа минералов, имеющих волокнистую структуру, используется в производстве шифера, труб, в автомобильной, авиационной, тракторной, электротехнической промышленности и других отраслях. Вызывает диффузные интерстициальные фиброзы легких.
Бериллий – легкий металл, теплоемок, жаростоек, добавляется к сплавам других металлов, используется в ракетостроении и в изготовлении неискрящихся резцов, рентгеновских трубок, радиоламп и т.д. Высокотоксичен, нарушает обменные процессы, по всей ткани легких рассеяны беловато-серые узелки.
Электросварка и резка металлов – высокодисперсный аэрозоль смесь железа, марганца, никеля, кобальта, меди, бериллия и др. элементов, оказывает токсическое, раздражающее, фиброгенное действие – вызывает сложный комплекс заболеваний.
Шлифовальщики, наждачники – метод обработки металла, содержит большое количество диоксида кремния, в воздухе, вызывает пневмокониозы.
У работников сельского хозяйства пыль как минеральная, так и органическая заболевание – биссиниоз (пыль хлопка, льна) – бронхоспатический синдром.
Алюминий – нейротоксичен, аэрозоли, перспиранты, дезодоранты – канцерогенен.
Берий – кумулируется в организме, высокотоксичен для костной ткани, гонадотоксичен.
Бор – кумулятивен, эмбриотоксический эффект.
Молибден – молибденовая подагра – артрозы, полиарталгии.
Мышьяк – токсичен, онкологичен.
Свинец – кумулируется в костной ткани, нарушение эритропоэза, поражаются почки, нервная система.
Селен – избыток нарушает формирование эмали зубов, кальциевый обмен.
Стронций – кумулятивен в костной ткани, нарушает физическое развитие.
Фтор – избыток его – флюороз – пятнистость зубной эмали.
Кадмий – высокотоксичен, входит в состав полимеров, токсическое поражение почек.
Никель – избыток – онкологичен.
Ртуть – высоколетуча, входит в состав ртутьсодержащих фунгицидов, высокотоксичен, кумулятивен, хронические интоксикации, метилртуть – болезнь Минамата.
Хром – гальванические производства, кожевенные, текстильные, поражает почки, печень, канцерогенен.
Цианиды – производство полимеров, кокса, гальвано-пластмасс. Циан – ион промежуточный продукт метаболизма.
Органические вещества разных химических классов обладают органолептическими свойствами, например, СПАВ – синтетически поверхностно-активные вещества – образуют пену – токсичны, кумулятивны, мутагенны, канцерогенны.
Санитарная охрана литосферы и почвы – это комплекс мероприятий для предупреждения (первичная профилактика) и нейтрализация, устранение токсических изменений состава и свойств почв (вторичная профилактика), которые могут оказать опосредственное влияние на здоровье человека и условий жизни населения. Предупредительный санитарный надзор предусматривает лицензирование всех видов работ, землепользования, землеустройства. Важным моментом в текущем санитарном надзоре – контроль за правильным применением пестицидов и агрохимикатов, замена на менее токсические препараты; возобновление лесных массивов, зеленых насаждений; соблюдение санитарно-защитных зон; грамотное ведение мелиорации. На уровне Министерства природных ресурсов и охраны окружающей среды – координация всех экономических и социальных вопросов с приоритетом здоровья населения.
Список использованных источников
1. Маврищев В.В. Основы общей экологии. /Учебное пособие. – Минск. -2000. – С.309.
2. Гигиена. Учебник для ВУЗов //Под общей редакцией акад. РАМН Румянцева Г.И., М., ГЭОТАР, 2002.
3. Мазаев В.Т. Коммунальная гигиена. /Учебное пособие. – ГЭОТАР-Медиа. – 2005. – С.290.
4. Пивоваров Ю.П. Гигиена и основы экологии человека. /Учебник. –ACADEMIA. – Москва. – 2004. – С.493.
5. Стожаров А.Н. Экологическая медицина. /Учебное пособие. – Минск-2002. – С.196.