Примерное время чтения: 8 мин.
В списке наиболее опасных для человека веществ, утвержденном ООН, значатся тяжелые металлы. В настоящее время такие металлы считаются признанными приоритетными загрязнителями атмосферного воздуха, воды водоемов и почвы в глобальном, региональном масштабе и в условиях городской среды. Из-за своей высокой миграционной способности, склонности к биоаккумуляции и биомагнификации металлы представляют опасность для человека не только при непосредственном поступлении в организм из объектов среды, но и через влияние на санитарно-гигиенические показатели окружающей среды.
Термин «тяжелые металлы» был впервые употреблен еще в 1817 году немецким химиком Леопольдом Гмелиным, который разделил известные в то время химические элементы на три группы: неметаллы, легкие металлы и тяжелые металлы. К тяжелым металлам было отнесено 25 элементов с плотностью от 5,31 до 22,00 г/см3. Сегодня есть разные мнения, какие элементы можно относить к тяжелым металлам. В химической и технической литературе критериями для выделения тяжелых металлов служат их атомная масса, атомное число и плотность. Экологи помимо физико-химических свойств элементов учитывают их биологическую активность, токсичность для живых организмов, стойкость и способность накапливаться во внешней среде, степень вовлеченности в природные и техногенные циклы.
Тяжелые металлы могут поступать в организм человека с дыханием, пищей, водой, депонироваться в отдельных органах и тканях, циркулировать в организме, включаться в процесс обменно-физиологических реакций и представлять потенциальную угрозу для здоровья. Все тяжелые металлы токсичны для живых организмов при повышении их предельно допустимых концентраций (ПДК), устанавливаемых органами санитарно-эпидемиологического надзора. Уже незначительные количества тяжелых металлов становятся избыточными для живых организмов, где указанные элементы начинают вести себя как токсиканты.
В настоящее время принято причислять к категории тяжелых более 40 металлов. Наибольшее воздействие на компоненты экосистем оказывают ртуть, кадмий, свинец, мышьяк, по информации ЮНЕП эти вещества оказывают долговременное негативное воздействие на здоровье человека, его физическое и умственное развитие. Наиболее типичным является одновременное влияние комплекса металлов, обладающих разносторонними (общетоксическим, аллергенным, канцерогенным, мутагенным и др.) эффектами вредного воздействия на организм. Они быстро изменяют свою химическую форму при переходе из одной природной среды в другую.
Тяжелые металлы относятся преимущественно к рассеянным химическим элементам, поэтому загрязнению ими подвергается земная поверхность, в частности, почвенный покров и гидросфера, а также атмосфера. Они катализируют многочисленные химические реакции, протекающие в любой сфере: оксилительно-восстановительные, гидратацию, дегидратацию, циклизацию и изомеризацию.
При этом стоит отметить, что среди тяжелых металлов имеются элементы, необходимые для жизнедеятельности растений (микроэлементы), а также элементы, функциональная роль которых в настоящее время неизвестна. Микроэлементы (кобальт, хром, медь, железо, марганец, никель и цинк) участвуют практически во всех процессах, проходящих в растительной клетке: энергетическом обмене, первичном и вторичном метаболизме, гормональной регуляции, передаче сигнала и т.д.
Наличие тяжелых металлов в природных объектах может быть связано с естественными процессами: тектоническими сдвигами и формированием горных массивов, почвообразованием, эрозией, перераспределением вещества в результате стихийных бедствий. Но все-таки рост концентрации тяжелых металлов происходит благодаря активному развитию хозяйственной деятельности человека.
Поступление тяжелых металлов в биосферу вследствие техногенного рассеивания осуществляется разнообразными путями, среди источников поступления имеется несколько основных:
Часть техногенных выбросов тяжелых металлов, поступающих в атмосферу в виде аэрозолей, переносится на значительное расстояние и вызывает глобальное загрязнение. Другая часть с гидрохимическим стоком попадает в бессточные водоемы, где накапливается в водах и донных отложениях и может стать источником вторичного загрязнения. Соединения тяжелых металлов сравнительно быстро распространяются по объемам водного объекта. Частично они выпадают в осадок в виде карбонатов, сульфатов, частично адсорбируются на минеральных и органических осадках.
Основной документ, регламентирующий уровни предельно допустимых концентраций тяжелых металлов для почвы — ГН 2.1.7.2041-06. В настоящее время он содержит нормы для 49 химических соединений. Металлы, поступающие на поверхность почвы, накапливаются в почвенной толще, особенно в верхних гумусовых горизонтах, и медленно удаляются при выщелачивании, потреблении растениями, эрозии. Первый период полуудаления (то есть удаления половины от начальной концентрации) тяжелых металлов значительно варьируется у различных элементов и занимает весьма продолжительный период времени: для цинка — от 70 до 510 лет; кадмия — от 13 до 110 лет, меди — от 310 до 1500 лет, свинца — от 770 до 5900 лет.
Негативное воздействие тяжелых металлов связано с тем, что они способны «подменять» в организме полезные для жизнедеятельности необходимые металлы и провоцировать нежелательные процессы. Например, некоторые металлы способствуют развитию раковых опухолей, кадмий и ртуть оказывают сильное токсическое действие на почки, свинец и ртуть пагубно влияют на нервную систему, кадмий и свинец аккумулируются в мужских половых органах и вызывают их дегенерацию, влияют на способность к деторождению. Кроме того, тяжелые металлы могут влиять на дыхательную и эндокринную системы, не говоря уже об их общетоксическом действии — тяжелое отравление этими веществами может привести к смерти.
Встречаются тяжелые металлы и в товарах народного потребления, в том числе — в детских игрушках, причем, в концентрациях, значительно превышающих допустимые нормы. Так, в 2012 году шесть организаций-участниц Международной сети по ликвидации СОЗ (IPEN), работающих в области здравоохранения и охраны окружающей среды в более чем 100 странах мира, исследовали на токсичность 569 детских товаров, купленных наугад на рынках и в магазинах Армении, Беларуси, Казахстана, Кыргызстана, России и Украины. В результате их исследования на содержание сурьмы, мышьяка, кадмия, хрома, свинца и ртути выяснилось, что в 164 детских товарах в опасных концентрациях содержится хотя бы один токсичный элемент из шести.