Ауыр металдар, қосылыстары, мөлшері, жіктелуі
Ауыр металдар жайлы түсінік, олардың физика-химиялық қасиеттері.
Ауыр металдарға атомдық массасы 50 атом бірлігінен асатын немесе алтыдан аса тығыздықтағы қырық элемент жатады. Қауіпті ластаушылардың саны сыртқы ортадағы токсиндік, тұрақтылығын, жинақталуы мен аталған металдардың таралу масштабын ескергенде айтарлықтай аз. Ауыр металдардың табиғи ортаға түсуі табиғи (тау жыныстары мен минералдардың үгілуі, эрозиялық процестер,жанартау атқылауы) және техногенді (пайдалы қазбаларды өндіру, өңдеу, жанармай жағу, көлік, ауылшаруашылығының әсері) болып екіге бөлінеді. Өндіру мен өңдеу табиғи ортаның металдармен ластанудың күшті көзіне жатпайды. Бұл өндірістердегі ластанушы заттардың қалдығы жылуэнергетика қалдықтарынана әлдеқайда аз. Металлургиялық емес өндіріс, нақты айтқанда көмірдің жануы биосфераға ауыр металадардың түсуінің басты көзі. Жанармай жануынан атмосфераға тасталатын қалдықтар ерекше маңыды.
Металдардың физикалық қасиеттері:
1. Агрегаттық күйі - қатты. (Ерекшелік! Нg,
сынап - сұйық).
2. Түсі сұр. (Ерекшелік! Au, алтын - сары,
Cu, мыс- қызғылт-сары).
3. Металдық жылтыры бар. (Ag, Ir)
4. Электр- және жылу өткізгіштігі жоғары.
5. Иілгіш, батталғыш, созылғыш.
Металдардың химиялық қасиеттері
Металдардың атом радиусының үлкен және иондану энергиясы кіші болуына байланысты олар электрондарын оңай береді, сондықтан тотықсыздандырғыштар болады, қосылыстарындағы тотығу дәрежелері оң мәнді болып келеді. Металдардың электрондарын беру қабілеті әртүрлі болады, осыған байланысты металдардың активті қатары құрылған, оны ұсынған Н.Н.Бекетов (1865ж). Li K Ca Na Mg Al Zn Fe Ni Sn Pb (H2) Cu Hg Ag Au.
ХХ ғасырдың басында, ғылым мен техниканың дамуы өндіріс орындарының жедел өсуіне ықпал етті. Осыған орай алғаш рет қоршаған ортаға химиялық элементтердің түсуі мен таралуы, және олардың тірі ағзаларға зиянды әсерін жүйелі түрде зерттеу өзекті мәселелер қатарынан орын алды.Қазіргі кездегі дүние жүзі ғалымдарының басты мәселелердің бірі-пестицидтерден кейін ауыр металдардың тірі ағзаларға әсерін әлсірету болып табылады. Ауыр металдардың қоршаған ортаға таралуы тек табиғи жағдайда ғана емес, сонымен қатар антропогенді жолмен де қарқынды түрде жүзеге асуда. Олардың қатарына өндіріс қалдықтары, тау-кен өндірісі, транспорт, түсті және қара металл өндіру, құрамында ауыр металдар кездесетін тыңайтқыштарды ретсіз пайдалану, жылу-электр орталықтары (ЖЭО) немесе жалпы урбанизацияны жатқызуға болады. Овчаренко М. М. (1995) мәліметтері бойынша жоғарыда келтірілген түсті металл балқыту заводтардан әр жыл сайын қоршаған ортаға - 154650 т. мыс, 121500 т. мырыш, 89000 т. қорғасын, 12000 т. никель, 765 т. кобальт, 1500 т. молибден, 30,5 т. сынап, ал көмір және мұнай өнімдерін жағудан 1600 т. сынап, 3600 т. қорғасын, 2100 т. мыс, 700 т. мырыш, 3700 т. никель және автотранспорт газынан 260000 тонна қорғасын бөлінеді, ал Новосибирскідегі Қоршаған ортаны қорғау комитетінің анықтауы бойынша ауаның ластануының 70 %-дан көбі автотранспорттан болса, 11 %-дайы ЖЭО үлесіне тиеді. Жалпы ауыр металл дегеніміз, салыстырмалы атомдық салмағы 40-тан, тығыздығы 5 гтекше см-ден жоғары химиялық элементтер. Ауыр металдарды улы элементтермен қоса есептегенде Менделеев таблицасының 23-дей бөлігі кіреді. Олардың ішінде кадмий, қорғасын және сынап элементтері ең улы ауыр металл болып саналады. 1980 жылғы UNESCO-нің шешімі бойынша бұған тағы сегіз элемент (V, Co, Mn, Cu, Mo, Nі, Zn, Cr) және үш металлоид (As, Se, Sb) қосылған болатын. Сонан соң олардың қатары тағы екі металмен толықтырылды (Tі, Sr) . Осы элементтер тірі ағзаларға улы әсері жағынан мынадай кластарға жіктелген
Топырақта ауыр металдардың жылжымалы формаларын анықтау.
Ауыр металдардың топырақтағы жылжымалы формасы жоғары емес орташа 5-10%-дай, негізінен ауыр металдардың ортадағы концентрациясына және топырақтың қасиеттеріне байланысты (рН, қарашіріктің мөлшері т. б.) өзгеріп отырады.
Топырақ профилі бойынша топырақтың пайда болу процесінің ұзақтығына,топырақтың өнімділігіне,адамның әсеріне байланысты болады.Топырақта ауыр металдардың таралуы үш типке бөлінеді:
1.Гумус аккумулятивті таралу(катионогенді металдың мөлшері гумус мөлшерімен тікелей байланысты.)
2.Элювиалды-иллювиалды таралу(ауыр металдардың мөлшері топырақ профилінің орта бөлігінде,элювиалды горизонтында өседі.
3.Градиентсіз таралу карбонатты және т.б. Геохимиялық кедергілер болғанда ауыр металдардың концентрациясы осы кедергілерден бірнеше есе өседі.
Топырақ бетіне түсетін ауыр металдар топырақ қалыңдығында, негізінде жоғары гумус горизонтында жинақталады. Содан кейін сілтісіздендіру, өсімдіктермен қоректену, эрозия, дефляция нәтижелерінде ақырындап жойылады. Бірақ ауыр металдар бірдей болмайды. Әртүрлі элементтер үшінбірінші жартылай ыдырау периоды (алғашқы концентрациядан жартысы жойылған уақыт) әртүрлі болады. Zn-70-510 ж, Cd-13-110ж, Cu 310-1500ж, Pb 740-5900ж).
Топырақтағы ауыр металдардың табиғи және техногенді түсетін қосылыстарының формалары олардың педохимиялық таралу бағытын анықтайды. Топырақ-ерітінді жуйесінде фазалар арасындағы ме-катион таралуын және жүйе қасиеттерінің өзгеруін көрсетеді.
Топырақ түзуші жыныстардан пайда болатын әртүрлі топырақ процестерінің әсерінен ауыр металдардың топырақ компоненттері бойынша таралады. Жалпы айтқанда топырақта ауыр металдардың әртүрлі формалары түзіледі.Топырақтарда ауыр металдардың қосылыстарының негізгі формаларының бірі-суда еритін формасы. Бұл форма ауыр металдардың топырақ ерітінділеріндегі мөлшерін сипаттайды. Ауыр металдардың өсімдіктермен сіңірілуін және ауыр металдардың профиль бойынша миграциясын анықтайды. Су сығындыларының құрамы мен ауыр металдардың мөлшері қышқыл-сілтілік және тотығу-тотықсызданухелат түзуші қосылыстардың мөлшерімен миробиотаның активтілігімен және топырақ атмосфераның құрамымен анықталады. Желге мүжілу процесінде элементтердің жылжымалылығы өте ерекше болады. Біріншіден минералдың тұрақтылығымен 2-шіден элементтердің электрохимиялық қасиеттерімен анықталады. Элементтердің химиялық табиғатының негізінде элементтердің электртерістілігі және ионның мөлшері көрсетіледі. Төмен иондық потенциалы бар элементтер (3тен жоғары) топырақ ерітіндісінде бос иондар түрінде кездеседі, ал жоғары иондық потенциалдары бар элементтер (3-12) топырақ ерітіндісінде гидролизденген немесе комплексті түрде кездеседі. Топырақ ерітіндісінде ауыр металдар бос иондардан он-анион көмегімен гидратталған комплексті иондар түріне ауысады. Органикалық комплекс түзушілер топырақтың қатты фазаларында ауыр металдардың адсорбциясына өте активті кедергі жасайды. Сондықтан ауыр металдар топырақ ерітіндісінде қалады. Каллоидты ерітінді бетінде ауыр металдардың күйдегі элементтерде көрініс береді.
Кадмий және оның қоршаған ортадағы әсері
Қазіргі кезде барлық табиғи орталарда бақыланып отырған ластаушы химиялық заттардың негізгілерінің бірі - ауыр металдар. Ауыр металдар - тығыздығы темірдің тығыздығынан (7,874 гсм3) артық болатын түсті металдар тобы. Оларға мырыш, қорғасын, қалайы, марганец, висмут, мыс, сынап, сүрме, никель, кадмий жатады. кейбір бүйрек, бауыр, буын сияқты мүшелерде жинақталып, адам денсаулығына үлкен қауіп төндіреді. Көптеген ауыр металдар, олардың ішінде қорғасын, кадмий, хром, никель улы заттардың қатарына жатады. Олар тағам, су, ауа арқылы организмге түскенде ыдырамайды, керісінше, тірі организмдерде жинақталып, ұзақ уақыт бойы сақтала алады және аккумуляцияланған у ретінде әсер етеді. Сондықтан, ауыр металдардың қоршаған ортадағы мөлшері белгіленген шамадан аспауы керек.
Металлургия кен орыны мен оның маңайындағы топырақтың құрамындағы анықталған ауыр металдар мөлшері әртүрлі деңгейде болатындығы, негізгі шөлейт өсімдіктері құрамындағы ауыр металдардың мөлшері кеніштен қашықтаған сайын азаятындығы анықталған. Шөлейттік өсімдіктер ішінде негізінен жусан, изен, сексеуіл, бидайық ағзаларында ауыр металдар, әсіресе кадмий өте жоғары дәрежеде жинақталады екен.
Ағзаға түскен кадмий иондары ақуыз молекулаларының карбоксильді, аминді және сульфагидрильді (COOH, -NH2, -SH) топтарымен қосылыс түзді. Кадмий бүйректе, бауырда, асқазан асты және қалқанша бездерінде шоғырланады. Кадмий теріге әсер ету арқылы дерматиттер мен экземалар сияқты терінің созылмалы ауруларын туғызады. Түрлі мүшелерде жинақталатын кадмийдің тас түзілуіне әсер ететін қасиеті бар. Оның улы әсері әсіресе, нәресте ағзасында айқын көрінеді, баланың сөйлеу қабілеті тежеліп, тез шаршағыш болады, ақыл-ойының дамуы тоқтап, ауыз қуысындағы тістері тісжегіге шалдығады. Кадмий сонымен қатар, асқорыту ферменттерінің белсенділігін тежейді, ұлпалар мен қанның катализдік белсенділігін төмендетіп, көміртегі алмасуына да кері әсер етеді. Мырыштың ерігіш қосылыстары шамадан тыс артқанда ас қорыту жолдарының қызметі нашарлайды.
Мыс пен мырыштың топырақтағы мөлшері.
Мырыш-өсімдіктердің дұрыс өсуі мен көбеюі үшін қажетті сегіз микроэлементтің бірі; қалғандары бор, хлор, мыс, темір, марганец, молибден және никельден келеді. Бұл элементтер қажетті микроэлементтерге жатады, өйткені олар өсімдік ұлпалары үшін салыстырмалы аз мөлшерде (5 - 100 мгкг) қажет.
Өсімдіктер үшін мырыштың негізгі көзі топырақ болып табылады. Элемент минералдармен де, органикалық компоненттермен де оңай адсорбцияланады, сондықтан топырақтың көптеген түрлерінде оның жер үсті көліктеріндегі шоғырлануы байқалады. Топырақтағы мырыштың жетіспеушілігі зат алмасуының бұзылуына, өсімдіктердің өнімділігі мен олардың өнім сапасының төмендеуіне әкеледі.
Мырыш тапшылығының себептері топырақтағы қол жетімді мырыш өсімдіктерінің төмен табиғи шоғырлануы бола алады.:
топырақтағы элементтің жалпы құрамы төмен;
топырақтағы металдың төмен қозғалуын негіздейтін факторлармен (темір гидроксидтерінің, карбонаттардың, органикалық қосылыстардың, фосфаттардың жоғары құрамы).
Сонымен қатар топырақтағы қозғалысқа және өсімдікке мырыштың түсуіне топырақ фосфаттары әсер етеді. Топырақтағы мырыштың негізгі көзі-аналық жыныстар. Қосымша көздер атмосфералық жауын - шашын және агрохимиялық заттар (тыңайтқыш, әктеу) болып табылады.
Топырақта мыстың мөлшері шамамен 15-20 мгкг болып кездеседі. Мыс және оның қосылыстары топырақтағы микрофлора, судағы флора мен фауна өкілдері және жылы қанды организмдер мен адамдар организмі үшін улы болып есептеледі.
Мыс және оның қосылыстары қоршаған ортаға түсті металлургия өндірісі, транспорт, тыңайтқыштары мен пестицидттер арқылы, көміртекті отындардың жануы, металдарды балқыту мен гальванизация процестері кезінде түседі.
Зерттеулер бойынша мыс балқыту өндірісіне жақын аймақта топырақ пен өсімдіктерде ауыр металдардың мөлшері бақылау аймағымен салыстырғанда өте жоғары. Мыстың мөлшері 12 есеге дейін, ал басқа элементтердің мөлшері 2-5 есеге дейін артады. Сонымен қатар, мырыштан басқа ауыр металдардың мөлшері топырақта өсімдіктерге қарағанда әлдеқайда көп. Алайда, топырақта ауыр металдардың мөлшері 2-3 есе артса, олардың өсімдіктердегі мөлшері 5-6 есе артады. Статистикалық талдау қорытындысы бойынша, топырақ пен өсімдіктер арасында тура корреляциялық байланыс бар. Зиянды қалдық заттардың вентиляциялық таралу аймағында жапырақтардың және барлық өсімдіктердің морфопатогенезі байқалған.
Ауыр металдар атомдарының құрылысының ерекшеліктері. Ауыр металдардың жіктелуі
Металдар - металдық кристал торын түзеді. Бұл кезде химиялық байланыстың ерекше түрі - металдық байланыс пайда болады. Валентті электрондары аз және радиусы үлкен болғандықтан металл атомдары бұл электрондарды жеңіл жоғалтып, иондарға айналады. Атомнан босаған электрондар кристалдың барлық құрылымдық бөлшектерінде ортақ қолдануға өтеді де, кристалдың ішінде жеңіл қозғалады және барлық бөлшектердің арасында байланысты жүзеге асырады. Атомдар мен иондардың арасындағы кеңістікте еркін қозғалатын ортақ электрондарды электрон газы деп атайды.
Металдардың атом құрылысындағы ерекшеліктер:
1.S - элементтерінің валенттілік электрондарының жалпы формуласы ns 1;2 ( n= 1-7)
ns 1 - сілтілік металдар (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr )
ns 2 - сілтілік жер металдар (Mg, Ca, Sr, Ba, Ra )
2. р-элементтерінің валенттілік электрондарының жалпы формуласы ns 2 nр 1-6 ( n= 2, олардың ішінде металдарға жататын элементтер үшін n= 5-6 )
3. d- элементтерінің валенттілік электрондарының жалпы формуласы ns 2 (n-1) d 1-10 (n= 4, үлкен периодтардың қосымша топшаларының элементтері, олардың сыртқы қабаттарында бір немесе екі электрон болады.
Ауыр металдардың жіктелуі:
Тығыздығы бойынша металдар:
1. Жеңіл металдар, ρ5гсм 3, ең жеңіл
металл - Литий, ρ(Li) = 0,53гсм 3.
2. Ауыр металдар, ρ5гсм 3, ең ауыр
металл - Осмий, ρ(Os) = 5,9гсм 3.
Балқу температурасына қарай:
1.Оңай балқитын металдар, tб1000 0С; ең
оңай балқитын металл-сынап, tб(Hg)=38,90С;
2. Қиын балқитын металдар, tб1000 0С;
ең қиын балқитын металл - вольфрам,
tб(W)=33900С;
Қаттылығына байланысты:
1. Қаттылығы алмаздың қаттылығынан
(10) төмен металдар жұмсақ металдар
д.а., ең жұмсақ металдар - сілтілік
металдар, оның ішінде калий-К,
пышақпен оңай кесуге болады.
2.Қаттылығы алмаздың қаттылығынан
(10) жоғары металдар қатты металдар
д.а., ең қатты металдар - вольфрам,
хром; хром - ең қатты металл, ол
шыныны кеседі.
Өндірістік жіктелуі:
1. Қара металдар-темір және оның
құймалары: шойын, болат,
ферроқорытпалар, шартты түрде бұл
топқа марганец пен хром кіреді.
2. Түсті металдар (темірден басқа
металдар): Мысалы: мыс, күміс, алтын,
платина т.б
Радиоактивті заттарды анықтау әдістері (альфа-,бета-, гамма- спектрометрия
Радиацияның үш негізгі түрі бар: альфа, бета және гамма.
Альфа бөлшектер екі нейтрон және екі протоннан тұрады. Альфа бөлшектер - салыстырмалы түрде үлкен, жай қозғалады және оң зарядталған. Олардың диапазоны мен өту тереңдігі қысқа. Тұрақсыз ядродан тарайтын альфа бөлшектерді қағаз парағы немесе ауаның бірнеше сантиметрі жұта алады.
Бета бөлшектер - тез қозғалатын электрондар. Олар нейтрон протонға ыдыраған кезде, тұрақсыз атом ядросынан таралады. Олар - кішкентай, тез қозғалады және теріс зарядталған. Бета бөлшектерді ауаның бірнеше сантиметрі немесе алюминийдің бірнеше миллиметрі жұта алады.
Гамма сәулелер - жоғары энергиялы электромагниттік сәулелену. Олардың өтімділігі жоғары, сондықтан гамма сәулелерден қорғану үшін қалың қоршау қажет.
Радиоактивті сәулелерді анықтау принципі осы сәулелердің ортаның затын иондау қабілетіне негізделген. Иондаушы сәулелерді анықтау және өлшеу үшін келесі әдістер қолданылады: фотографиялық, сцинтилляционды, химиялық және иондаушы.
Фотографиялық әдіс фотоэмульсияның қараю дәрежесіне негізделеді. Иондаушы сәулелердің әсерінен фотоэмульсиядағы бромды күмістің молекулалары күміс пен бромға ыдырайды. Пленканы шығару кезінде оның қараюын тудыратын жоғарыда түзілген күмістің ұсақ кристалдары. Осы принципке жеке фотодозиметрлер жұмысы негізделген.
Сцинтилляционды әдіс. Иондаушы сәулелердің әсерінен кейбір заттар (күкірт цинкі, иодты натрий) жарық шығарады. Жарқырау саны сәулелену мөлшерінің қуатына пропорционалды және фотоэлектронды көбейткіш -- арнайы құрал көмегімен тіркеледі.
Химиялық әдіс. Кейбір химиялық заттар иондаушы сәулелердің әсерінен өзінің құрылымын өзгертеді. Судағы хлороформ сәулелену кезінде хлороформға қосылған бояғышпен, түсті реакцияға түсетін тұз қышқылына ыдырайды. Екі валентті темір қышқылды ортада, суды сәулелеу кезінде НО2 және ОН бос радикалдарының әсерінен үш валенттіге тотығады. Үш валентті темір, бояғышпен түсті реакцияны береді. Бояу қоюлығына қарап, сәулелену мөлшерін (жұтылған энергия) байқаймыз. Осы принципке ДП -- 70 және ДП -- 70м химиялық дозиметрлер жұмысы негізделген.
Радиацияны анықтаудың бірнеше жолдары бар.
Ауыр металдардың жер қыртысында таралу ерекшеліктері, салыстырмалы мөлшері, орналасу формалары.
Элементтердің жер бетінде таралуы бірдей емес. Салыстырмалы атомдық массасы 50-ге дейінгі жеңіл элементтер 99,4%, ал қалғандарына 0,6% келеді екен. Табиғатта таралуы 0,01%-дан кем элементтерді сирек кездесетін бытыраңқы элементтер деп атайды.
Табиғатта кездесуіне қарай металдарды бірнеше топқа бөлуге болады:
1. Сирек кездесетін металдар:Li,Be,Cs,Rb
2. Сиректеу кездесетін металдар:Sc,V,La, лантаноидтар
3. Асыл металдар:Au, Ag, Pt, Rh,Ir, Oc, Ru
4. Шашыранды металдар:Ga, In, Ge,Te
5. Радиактивті металдар:U, Th,Ac, актиноидтар
Жер қыртысының кристалды заттары кез келген нүктеде минералдардан тұрады. Минералдар химиялық элементтерден құралады. Мысалы, гранит. Оның 99%-і, 8 химиялық элементтерден тұрады. O, Si, Al, Сa, Na, K, Mg. Бұл элементтер гранит құрамына кіретін:кварц, дала сипаты, слюда және мүйізді күкіртті қоспа (роговая обманка) минералдарын түзеді. Гранитке арнайы жоғары сезімталды прибор көмегімен нақты анализ жүргізсе; онда гранитте басты 8 элементтен басқа, Ti Mn Ba Sr Cr Ru V Zr Ni Cu Zn және т.б. элементтер кіреді.
Базальттта гранитке қарағанда Ni 20 ретке, Cu 10 ретке жоғары құралған. Ал керісінше гранитте Sn 2-3 есе, Pb 2-3 есе, U 7есе базальтке қарағанда жоғары болады. Сондықтан қалайы және қорғасынды кендер гранитті массивпен, ал мыс кені-базальтты жыныстармен байланысқан.
Барлық металдар силикатты магмалар кристализациясы кезінде бірдей ерекшеленбейді. Олардың үлкен бөлігі шашыраңқы күйдегі минералдарда қалады нәтижесінде бұл граниттің минералдарындағы және Pb атомдары шашыраңқы болады, ал базальт-шашыраңқы болады. Сондықтан гранитті массивпен орналасқан аймақпен базальтті жыныстарында, жер қыртысының бетінде элементтердің шашырауы біркелкі болмайды.
Көп жақты геохимиялық зерттеулер магмалық тау жыныстары бір құрамда бірдей емес мөлшерде шашыраңқы металдарды құрайтынын көрсетті. Кольск түбегінде мыс-никельді кен құрайтын тау жыныстарында никель мен мыстың шашыраңқылығы осы кендері жоқ жыныстардан екі есеге жоғары болады.Сол сияқты Sn, Pb. Mo- кен орындары бар гранитте бұл металдардың шашыраңқы формасы кенсіз граниттерге қарағанда жоғары болады. Келтірілген мысалдар химиялық элементтердің таралуы жер қыртысында бірдей емес екенін көрсетеді. Сондықтан жер қыртысында металдардың таралуы, олардың жеке орындарда концентрлену және шашырау қабілеттілігін көрсетеді.
Ауыр металдардың гидросфераға түсу жолдары мен көздері.
Табиғи ортада АМ-дар приоритеті ластаушылар болып табылады. АМ-дың гидросфераға түсуі әртүрлі. Табиғи сулардың химиялық құрамын анықтауда АМ-дарнегізгі түсу көздері, сулы ертінділердің химиялық құрамына жәнеолардағы минералдардың еру дәрежесіне байланысты. АМ- дың табиғи сулардың антропогенді ластанудағы басты көздеріне тұрмыстық- шаруашылық және кәсіпорындардағы ақаба сулары, қайта өңдеу кәсіпор ындары және түрлі түсті металдарды шығару кәсіпорындары, таулы аймақтарды қолдану, тамақ өнімдерін сақтаушы фабрикалар, атмосфераға шығарылатын кәсіпорындардың қалдықтары, жердің беткі қабаттарыа сіңу заттары жатады.
Өндірістік және тұрмыстық қажеттерге жыл сайын 600-700 км3 су жұмсалады. Олардың ішінде 130-150 км3 гидросфераға қайтып оралмайды. Қалғандары өзен, көл, теңіз жерасты суларға қосылады.
Қалдық суларды қанша тазалағанмен, 10-20% шамасында ластаушы заттар бөлінбей сақталады. 1 рет пайдаланылған қалдық суларды тазалау үшін оларды 7-14 есе таза, оттегі мол сумен араластыру керек.
Суды ластаушы көздер:
өнеркәсіп қалдықтары;
жылу;
радиоактивті қалдықтар;
Топырақтағы ауыр металдардың қосылыстарының формаларының трансформациясы.
Элементтердің жер бетінде таралуы бірдей емес. Салыстырмалы атомдық массасы 50-ге дейінгі жеңіл элементтер 99,4%, ал қалғандарына 0,6% келеді екен.
Табиғатта кейбір химиялық белсенділігі нашар металдардан басқасы (Pt, Au, Ag, Hg) көбіне қосылыс түрінде кездеседі. Металдардың жер қыртысында кездесетін қосылыстары түрлі минералдар түзеді.
Бейметалдардың табиғи қосылыстарына тоқталсақ, химиялық белсенді бейметалдар сілтілік, сілтілік-жер металдарымен қосылыс түрінде кездеседі. Оттек, күкірт белсенді минерал түзуші элементтер, өтпелі металдармен оксидті, сульфидті, сульфатты, силикатты, аллюмосиликатты минералдар түзеді. Азот табиғатта бос күйінде кездеседі, ол оның молекуласындағы байланыстың беріктілігіне байланысты. Фосфор - фосфаттар түзеді, олар: Ca3(PO4)2 - фосфорит, Ca5X(PO4)3 - апатит, мұндағы x - F-, Cl-, OH-. Мышьяк, сурьма - негізінен сульфидті минералдар түзеді: As4S4 - реальгар, Sb2S3 - сурьма жылтыры. Көміртек органикалық заттар құрамында(тас көмір, мұнай, табағи газдар) және бейорганикалық заттар түрінде (карбонаттар және көмір қышқыл газы) кездессе, кремний жер қыртысында силикаттар мен аллюмосиликаттар түрінде кездеседі.
Сонымен, элементтерді табиғатта таралуына байланысты (Гольдшмит) төрт топқа бөледі: атмофильдер (газ күйінде кездесетін элементтер N2, H2, O2,инертті газдар), метофильдер немесе оксофильдер (жердің беткі қабатын құрайтын), халькофильдер (күкіртпен қосылыс түзуге бейім элементтер Cu, Ag, Zn, Pb, Hg) және сидерофильдер (жер ядросын құрайтын VIII В тобының элементтері).
Кадмиймен ластанған топырақтан экологиялық таза өнім.
Ауыр металдардың ішінде ең улы және қоршаған ортаға кеңінен таралғаны кадмий болып есептеледі. Қоршаған ортаның кадмиймен ластануы кейінгі жылдары Швецияда, Америка Құрама Штаттарында бірнеше есе жоғарылаған.
Кадмийдің айтарлықтай бөлігі топыраққа және суға жауын-шашын арқылы түседі. Жыл сайын Балтық теңізіне 200 тонна кадмий түссе, оның 45% ауадан келеді.
Бұл элемент тірі ағзаларға қауіптілігі жағынан бірінші класқа жатқызылады. Кадмий адам және жануарлар ағзасына жиналуға қабілетті және жүрек, қан тамыры әрекетіне басқа да аурулардың пайда болуына себепші. Адам ағзасына 10 мг кадмийдің жиналуы улану белгілерін білдіреді.
Топырақтағы өсімдіктер өндірісіне жарамсыз болып қалады. Ауыр металдар организміне өсімдік арқылы, әсіресе көкөніс арқылы енеді. ӨсімдіктердегІ улылық деңгейін төмендету - ауылшаруашылық өндеуде атқарады.
Топырақтағы биоремедация технологиясының негізгі принціпі.
Жыл сайын әлемде қоршаған ортаға шамамен 50 млн.тонна мұнай тасталады. Су мен жерді ластайтын заттардан, сонымен қатар мұнай көмірсутектерінен тазалаудың ең перспективті әдістеріне биоремедация әдістері жатады. Биоремедиация - бұл биологиялық объектілердің - өсімдіктердің, саңырауқұлақтардың, жәндіктердің, құрттардың және басқа организмдердің метаболикалық әлеуетін қолдана отырып, суды, топырақты және атмосфераны тазарту әдістерінің кешені. Диоксиндер топыраққа жаңбырмен және ағын сумен ауадан түседі. Топырақтан диоксиндер ауылшаруашылық өнімдері мен суға ауысады. Жануарлардың денесінде олар жинақталуға қабілетті. Диоксинмен ластанғаннан кейін биоремедиация әдістері қолданылады.
Микроорганизмдерді қолдану арқылы топырақты биоремедиациялаудың үш негізгі тәсілі:
биостимуляция - ластанған аумақта аборигендік микрофлораның дамуын ынталандыру.
био толтыру - ластаушы затты ыдыратуға қабілетті микроорганизмдердің биологиялық өнімдерін топыраққа енгізу.
фитостимуляция - ризосфера микроорганизмдерінің дамуын ынталандыру үшін өсімдіктерді қолдану.
Ластанудың деградациясында микроорганизмдер басты рөл атқарады. Зауыт - бұл биотүзгінің түрі, олар үшін тіршілік ету ортасын құрады (оттегіге қол жетімділікті қамтамасыз етеді, топырақты қопсытады. Осыған байланысты тазарту процесі де белсенділігі аз вегетациялық кезеңнен тыс уақытта өтеді (жазғы емес кезеңде)
Биомиметиканың қоршаған ортаны қорғау
Биомиметика табиғатта тіршілік ету формалары мен олардың өндірістік аналогтарын қолдану туралы қолданбалы ғылым. Биомиметика адамның көптеген өнертабыстарының табиғатта ұқсастықтары бар екенін растайды, мысалы, киімдегі найзағай құстың қауырсынының құрылымына негізделген. Ілгектермен жабдықталған әртүрлі бұйрықтағы қауырсындар сенімді ұстауды қамтамасыз етеді.
Биомиметиканы тағы бионика деп те атайды. Ол биологиямен, физикамен, химиямен, кибернетикамен және инженериямен тығыз байланысты: электроника, навигация, байланыс, протездеу (адамдардың және басқа тіршілік иелерінің мүшелері), теңіз ісі және басқалары. Биониканың атауы ежелгі грек сөзінен шыққан бион - өмір клеткасы. Алынған білімді техникалық мәселелерді шешу үшін қолдану үшін биониканы, биологиялық жүйелер мен процестерді зерттеу. Бионика адамға табиғаттан алынған және сол алынған идеялар негізінде өзіндік техникалық жүйелер мен технологиялық процестерді құруға көмектеседі. Ағылшын тілі мен аударма әдебиеттерінде биомиметика термині құрылғының идеясы мен негізгі элементтері тірі табиғаттан алынған технологиялық құрылғыларды жасауға деген көзқарас мағынасында жиі қолданылады.
Гидросфераға ауыр металдардың түсу көздері және жолдары.
Соңғы жылдары өзен, көл, теңіз және мұхит суларының ластануы қатты байқалуда. Су ресурстарын ластаушы негізгі көздерге мыналар жатады:
Өндіріс орындарынан шыққан зиянды қалдықтар;
Минералды тыңайтқыштар мен химиялық заттар арқылы ауылшаруашылық сулар;
Атмосферадағы ластаушы заттар (газдар мен қатты заттар);
Мұнай өндіруші және мұнай өңдеуші өнеркәсіп орындарынан шыққан ағынды сулар.
Табиғи ортада АМ-дар приоритетіластаушылар болып табылады. АМ-дың гидросфераға түсуі әртүрлі. Табиғи сулардың химиялық құрамын анықтауда АМ-дарнегізгі түсу көздері, сулы ертінділердің химиялық құрамына жәнеолардағы минералдардың еру дәрежесіне байланысты. АМ- дың табиғи сулардың антропогенді ластанудағы басты көздеріне тұрмыстық- шаруашылық және кәсіпорындардағы ақаба сулары, қайта өңдеу кәсіпор ындары және түрлі түсті металдарды шығару кәсіпорындары, таулы аймақтарды қолдану, тамақ өнімдерін сақтаушы фабрикалар, атмосфераға шығарылатын кәсіпорындардың қалдықтары, жердің беткі қабаттарыа сіңу заттары жатады.
Тірі ағзалар үшін ауыр металдардың физиологиялық маңызы.
Кейбір элементтердің ағза үшін физиологиялық маңызы өте жоғары. Мыс - денсаулыққа өте пайдалы микроэлементтердің бірі. Мыс қанға оттектің өтуін қамтамасыз етеді. Соның нəтижесінде жасуша, ұлпалар оттекпен жақсы қамтамасыз етіледі. Егер ағзада мыс жетіспесе, бауырда қорланған темір гемоглобинмен байланысқа түсе алмайды. Темір элементінің рөлі денсаулық үшін өте зор. Егер темір жетіспесе, баршамызға белгілі анемия немесе қан аздық ауруы пайда болады. Оның мөлшері көрсетілген шамадан төмен болса, қанның қызыл клеткасының, яғни гемоглобиннің түзілуі нашарлап, тыныс алу функциясы төмендейді. Фосфор - аралық зат алмасу процесінде маңызды рөл атқарады. Оның қатысуымен көмірсулардың фосфорлану процесі жүреді, қанның қышқыл-сілтілік тепе-теңдігі қамтамасыз етіледі, бұлшық еттің жиырылуын қуаттандыратын биохимиялық процестер атқарылады. Күкірт - цистеин, цистин, метионин амин қышқылдарының, В дəрумен дəрісі мен кейбір ферменттердің құрамына енеді. Организмде ол креатин, муцин, глютатион, инсулин, питуитрин, кофермент А, таурин мен оның туындылары құрамында кездеседі. Бұл элемент жүннің, мүйіздің, құс қауырсыны мен мамығының құрамында көп мөлшерде кездеседі. Ол организмде күкірт қышқылын түзіп, тоқ ішекте түзілетін улы заттарды залалсыздандыруда маңызды қызмет атқарады. Жасуша құрамында калий да ион түрінде едəуір мөлшерде кездеседі (0,25%). Ол белок синтезін қамтамасыз ететін ферменттердің əрекетін жандандырады, жүрек жұмысын реттеуге қатысады, нерв жүйесі мен бұлшық еттің қозғыштығын төмендетеді, қозу толқынын таратуда, ацетилхолин медиаторын түзуде маңызды рөл атқарады. Натрий - жасушада тек ион түрінде кездеседі. Ол негізінен дене сұйықтықтарының құрамында болады да, қан мен лимфаның осмостық қысымын реттеуде маңызды рөл атқарады.
Жалпы ересек адамдар үшін микроэлементтердің тəуліктік мөлшері осындай: алюминий - 49,01 мг, бром - 0,821 мг, темір - 1,1-30 мг, йод - 0,2 мг, кобальт - 0,05-0,1 мг, марганец - 5 - 7 мг, мыс - 2-3 мг, молибден - 0,15 - 0,3 мг, никель - 0,63 мг, рубидий - 0,35-0,5 мг, фтор - 2-3 мг, мырыш - 10 - 15 мг. Организмдегі минералды заттардың жалпы мөлшері онша көп емес, дене массасының 3,5-4 пайызы шамасында. Олар организмде жинақталған мөлшеріне қарай макро, микро жəне ультра элементтер болып бөлінеді. Физиологиялық маңызы жоғарыда баяндалып өткен химиялық заттар макроэлементтерді құрайды. Микроэлементтер денеде өте аз мөлшерде (103-105 пайыз) кездеседі. Оларға темір, мыс, кобальт, марганец, мырыш, йод, бром, фтор, никель жатады. Ультраэлементтердің (алтын, күміс, селен, радиоактивті элементтер) денеде нышаны ғана болады.
Физика-химиялық анализ әдістері.
Физика‑химиялық әдістер көбінесе химиялық реакцияға негізделеді. Бірақ реакция нәтижесінде жүйенің немесе ерітіндінің белгілі бір физикалық параметрі өзгереді, сол өзгеріс бойынша сандық анализ жүргізуге болады. Физика-химиялық анализ үш үлкен бөлімнен тұрады:
Электрохимиялық анализ (ЭХА) - анализденетін ерітіндіге батырылған электродтар бетінде немесе электродтар арасында ерітіндіде байқалатын құбылыстарға негізделген.
Спектроскопиялық (оптикалық) анализ - анықталатын заттың электромагниттік энергиямен (жарықпен) әрекеттесуіне негізделген.
Хроматографиялық әдістер - сорбент бойымен жылжығанда қоспа компоненттері әр түрлі сорбциялануына негізделген бөлу және анализдеу әдістері.
Анықталатын заттың концентрациясын табу үшін төмендегідей әдістер қолданылады.
а) Градуирлеу гуафик әдісі.
Бұл әдісте стандартты ерітінділер (5-7 ерітінді) үшін аналитикалық сигналдың шамасын өлшейді.
б) Мольдік қасиет әдісі.
Бұл әдіс бойынша бірнеше ерітінді үшін аналитикалық сигналдың шамасын өлшейді.
в) Қосымша әдісі.
Бұл әдіс бойынша анализденетін ерітіндінің аналитикалық сигналын есептейді. Содан соң, сондай ерітіндіге стандартты ерітіндінің (қосымша) белгілі көлемі қосылады да, қайтадан аналитикалық сигналын өлшейді.
Атмосфераға ауыр металдардың түсу көздері және жолдары.
Атмосфера ауасында ауыр металдар органикалық және бейорганикалық қосылыс, шаң-тозаң және газ тәріздес түрінде болады. Ауаның негізгі ластағыштары: көмірсутектер, ұшқыш органикалық қосылыстар, азот және күкірт қышқылдары, күкірт оксидтері, азот оксидтері, озон, фотохимиялық заттар, қорғасын және басқа да ауыр металдар. Атмосфера ауасын ластайтын заттардың мөлшері дүние жүзі бойынша жылына 200 млн. тоннаға жетіп отыр. Ал, оның құрамы 20 химиялық элементтен тұрады. Соның ішінде қорғасын мен мырыштың ауада таралуы және онымен адамдардың улануы жиі байқалуда. Олардың мөлшері ауада 0,0003 мгм3 аспауы керек. Оның негізгі көзі - автокөліктер мен оған қолданылатын қорғасын аккумуляторы. Жапония, Ирак т.б. елдерде осы заттрамен адамдардың улануы жиі болатындықтан, қазір көптеген елдерде балық аулауда, мылтық оқтарына қорғасынды пайдалануды шектеп отыр. Ауа табиғи және жасанды (адамдардың іс-әрекетінен) жолмен ластанады. Табиғи жолмен ластану жанар таулардың атқылауынан, теңіз суы буға айналуынан, тау ұнтағы мен топырақтты жел мен дауыл ұшырғанда, орман мен далада өрт болғанда шаң-тозаң, күл т.б. аспанға көтеріліп ауамен араласу арқылы болады.
Адамдардың іс-әрекетінен болатын ластануға өнеркәсіп, көлік, ауыл шаруашылық, құрылыс кәсіпорындарының, коммуналды-тұрмыстық мекемелердің шаң-тозаңы мен қалдықтары жатады. Ауаның ластану көздеріне себеп боларлық химиялық қосылыстар: ыс, шаң, күкірт қостотығы, көміртегі тотығы, азот қостотығы, сульфаттар, көмірсутектер, күкіртсутектер, ауыр металдар. Атмосфералық ауаның ластану көздері:
1. Топырақ эрозиясы нәтижесінде түзілетін шаң,
2.Энергетикалық өндіріс кешендерінің қалдықтары,
3. Транспорт,
4. Өндіріс орындары,
5. Химиялық өндіріс,
6. Минералды тыңайтқыштар өндірісі,
7. Шаң, ыс, тозаң, асбест,
8. Өрттер нәтижесінде түзілетін газдар,
9. Вулкандық табиғаты бар шаң-тозаңдар.
Азық - түлік өнімдерінде кездесетін уытты заттарға сипаттама.
Тағам өнімдері - жүздеген химиялық қосылыстардан тұратын күрделі көп компонентті жүйені құрайды. Бұл қосылыстарды негізгі үш топқа бөлуге болады.
1. Алиментарлық мəні бар қосылыстар. Бұл ағзаға қажетті қоректік заттар: белоктар, майлар, көмірсулар, дəрумендер жəне минералды заттар.
2. Дəм, хош иіс жəне түстің қалыптасуына қатысатын заттар, негізгі қоректік заттардың ыдырау өнімдері жəне ізашарлары, басқа да биологиялық белсенді заттар. Мұндай шартты алиментарлы емес сипатқа ие топ заттарына сондай-ақ антиалиментарлық жəне уытты қасиетке ие заттар жатады.
3. Антропогенді немесе табиғи текті потенциалды қауіпті, бөгде текті қосылыстар. Қабылданған терминологияға сəйкес оларды контаминаттар, ксенобиотиктер, бөгде текті химиялық заттар деп атайды.
Кең таралуы жəне уыттылығы жағынан алып қарастырғанда, аса жоғары уыттылыққа ие контаминаттарға микроағзалар токсиндері, уытты элементтер (ауыр металдар), антибиотиктер, пестицидтер, нитраттар, нитриттер, нитрозаминдер, диоксиндер жəне диоксинтəріздес қосылыстар, полициклді хош иісті көмірсутектер жəне радионуклидтер жатады.
Тағам өнімдерінің биологиялық белсенді компоненттері тобының негізгі өкілдеріне қантамырын тарылтушы қасиетке ие жəне көптеген жануар жəне өсімдік текті өнімдерде анықталатын биогенді аминдер - тирамин, диоксифенилаланин (ДОФА), норадреналин, серотонин жатады. Серотонин ең бірінші кезекте көкөніс жəне жемістер құрамында болады. Мысалы, қызанақта - 12 мгкг, қара өрікте - 10 мгкг, шоколадта - 27 мгкг серотонин болады. Тирамин көбіне, ферменттелген өнімдерде, сондай-ақ бірқатар балық өнімдерінде болады. Мысалы, тирамин мөлшері сырда - 1100 мгкг, ал маринадталған майшабақта - 3000 мгкг болады. Гистамин қантамырлық реакцияны туындатады, мысалы, бас ауру, сонымен қатар аллергиялық реакциялар: ісіктер, бет жəне мойынның қызаруы, бас айналу жəне тахикардия. Гистамин - гистидин аминқышқылынан декарбоксилдену реакциясы арқылы түзіледі жəне ол жоғары мөлшерде балық етінде болады. Сырда гистамин 10-2500 мгкг мөлшерде, балық консервілерінде, қақталған балықта 20000 мгкг-ға дейінгі мөлшерде болады.
Биосфераның ауыр металдармен ластануы.
Биосфераның ауыр металдармен ластануы -- ғылыми техникалық прогресстiң аса маңызды проблемаларының бiрi болып отыр. Кейбiр есептеулер бойынша бүкiл адамзат қоғамы кезеңiнде 20 млрд тонна темiр өндiрiлген болса, оның түрлi техника, құрал жабдықтар, қондырғылардағы мөлшерi 6 млрд тонна ғана, олай болса 14 млрд тонна темiр қоршаған ортаға таралып, ластап отыр деуге болады. Бұдан басқа жыл сайын өндiрiлген сынап пен қорғасынның 80-90 % биосфераға таралған. Көмiр жанған кезде күл жəне түрлi газдармен бiрге қоршаған ортаға таралатын кейбiр элементтердiң мөлшерi олардың өндiрiлген мөлшерiнен де асып түседi. Мысалы, магний -- 1,5 есе, молибден -- 3 есе, мышьяк -- 7 есе, уран, титан -- 10 есе, аллюминий, иод, кобальт -- 15 есе, сынап-50есе , литий, ванадий, стронций, бериллий, цезий -- 100 деген есе, галлий мен германий -- мыңдаған есе, иттрий -- 10 мыңдаған есе, т.с.с. Атмосфераға бөлiнген ауыр металдар заттардың табиғи айналымына қосылады. Олардың су мен топырақта көп мөлшерде жинақталуы тiршiлiкке үлкен зиян келтiредi. Мышьяк пен хром рак ауруларының тууына себеп болады. Ал селенмен уланған организм өлiмге ұшырайды.
Топыраққа ауыр металдардың түсу көздері және жолдары.
Топырақ профилі бойынша топырақтың пайда болу процесінің ұзақтығына, топырақтың өнімділігіне, адамның әсеріне байланысты болады. Топырақта ауыр металдардың таралуы үш типке бөлінеді:
1.Гумус аккумулятивті таралу (катионогенді металдың мөлшері гумус мөлшерімен тікелей байланысты.)
2.Элювиалды-иллювиалды таралу (ауыр металдардың мөлшері топырақ профилінің орта бөлігінде,элювиалды горизонтында өседі.
3.Градиентсіз таралу карбонатты және т.б. Геохимиялық кедергілер болғанда ауыр металдардың концентрациясы осы кедергілерден бірнеше есе өседі.
Топырақ бетіне түсетін ауыр металдар топырақ қалыңдығында, негізінде жоғары гумус горизонтында жинақталады. Содан кейін сілтісіздендіру, өсімдіктермен қоректену, эрозия, дефляция нәтижелерінде ақырындап жойылады. Бірақ ауыр металдар бірдей болмайды. Әртүрлі элементтер үшінбірінші жартылай ыдырау периоды (алғашқы концентрациядан жартысы жойылған уақыт) әртүрлі болады. Zn-70-510 ж, Cd-13-110ж, Cu 310-1500ж, Pb 740-5900ж).
Суда ауыр металдарды анықтау.
Соңғы жылдары өзен, көл, теңіз және мұхит суларының ластануы қатты байқалуда. Су ресурстарын ластаушы негізгі көздерге мыналар жатады:
Өндіріс орындарынан шыққан зиянды қалдықтар;
Минералды тыңайтқыштар мен химиялық заттар арқылы ауылшаруашылық сулар;
Атмосферадағы ластаушы заттар (газдар мен қатты заттар);
Мұнай өндіруші және мұнай өңдеуші өнеркәсіп орындарынан шыққан ағынды сулар.
Судың сапасы шаруашылық - ауызсуға, мәдени-тұрмыстық, балық шаруашылығы және техникалық мақсаттарға пайдалануға мүмкіндігін анықтайтын судың қасиеті мен құрамын көрсетеді. Судың сапасын бағалау үшін шекті рұқсат етілетін концентрациялар(ШРК) қолданылады. Ал ауыз судың сапасын бағалауда химиялық көрсеткіштермен қатар, бактериологиялық және органолептикалық көрсеткіштер қолданылады. Судың бактериологиялық көрсеткіштерін анықтауда: біріншіден, судағы бактериялардың жалпы саны, ол судың 1 мм-не 100-ден аспауы керек; екіншіден, ішек таяқшасы тобының бактерияларының саны арқылы жүргізіледі. Ол коли-индекс: судың бір литріндегі ішек таяқшасының шамасы немесе коли-титрмен: бір ішек таяқшасы болатын судың миллиметрмен мөлшері анықталады.
Қауіпті ауыр металдардың адам ағзасына өту жолдары.
Адамның денсаулығына зиянды әсер ететін факторлардың ішінде әр түрлі ластаушы заттар бірінші орын алады. Адамның іс-әрекеті нәтижесінде биосфераға, оған тән емес 4млн-нан астам заттар шығарылған. Сонымен қатар жыл сайын қоршаған ортаға мыңдаған жаңа заттар шығарылады. Олардың көпшілігі ксенобиотиктер, яғни адам мен басқа тірі ағзалар үшін бөтен заттар. Аурулардың көбеюі сонымен қатар табиғи ортаның әр түрлі трансформацияларымен, оның толық бұзылуы, өнеркәсіптік кешендерге,бір типті тұрғын жерлерге және т.б. яғни "үшінші табиғатқа"айналуына байланысты. Денсаулыққа әлеуметтік және экономикалық жағдайлардың әсері артып отыр.Табиғи және физико-химиялық тұрғыдан алғанда таза орта болса да, қолайсыз әлеуметтік-экономикалық жағдай ауру мен өлімнің артуына әкелетінін өмір көрсетіп отыр.
Ағзаларға қолайсыз әсер ететін және ауруларға әкеліп соқтыратын заттарды төмендегідей топтарға бөліп көрсетуге болады:
1.Концерогендер (латын тілінен аударғанда cancir-рак,генезис-шығу тегі )қатерлі ісіктер туғызады.Қазіргі уақытта шамамен 500 осындай заттар белгілі. Олардың ішіндегі ең күштілеріне бензо(а)цирен және басқа да полициклді ароматтық көмірсулар, ультракүлгін сәулелер,радиоактивті изотоптар,эпоксидті смолалар,нитриттер,нитрозаминдер, асбест және т.б. жатады.
2.Мутагендер(латын тілінен аударғанда mutasio-өзгеру)-хромосомалар саны мен құрылымының өзгеруіне әкеп соқтырады. Оларға:рентген сәулелері, гамма сәулелер,нейтрондар,бензо(а)цирен,к олхицин, кейбір вирустар т.б. жатады.
3.Тератогендер (грек тілінен аударғанда teras, teratos-құбыжық)-жеке дамуда кемістіктерге әкелетін,кемтарлықтардың пайда болуына әкелетін заттар.Тератогендерге әсер ететін мөлшерінен артып кететін кез-келген фактор жатады. Көбінесе тератогендерге мутагендер,сондай-ақ пестицидтер, тыңайтқыштар, шу және ластаушылар жатады.
Топырақтың ауыр металдармен ластану көздері. Топырақтағы ауыр металдардың мөлшері.
Топыраққа түскен ауыр металдар негізінде оның беткі қабатында шоғырланады. Топырақта ауыр металдардың арылуы өте баяу. Топырақ қабатынан ауыр металдардың жарты мөлшеріне дейін арылуы Zn үшін - 70-510 жыл, Cd- 13-110 жыл, Cu - 310-1500 жыл, Pb- 740-5900 жыл қажет.
Топырақ қабатындағы осы металдардың әсіресе жылжымалы түрлерінің маңызы зор. Жылжымалы түрінде ауыр металдарды өсімдікке сіңу немесе суға еріп араласу мүмкіндігі жоғары. Осы себептен топырақ қабатындағы ауыр металдардың уыттылығы осы жылжымалы түрінің мөлшеріне тікелей байланысты. Ауыр металдардың жылжымалы түрлері химиялық реакциялардың салдарынан киын еритін қосылыстарға айналуы немесе топырақ қалдықтарымен сініріліп бекітілуі мүмкін. Керісінше жылжымайтын түріндегі ауыр металдар топырақ қабатындағы ортанын өзгеруіне байланысты жылжымалы түріне өтіп, топырақ ерітіндідегі ауыр металдар мөлшері артады.
Топырақ қабатындағы ауыр металдар келесі негізгі түрлерге бөлінеді:
1) Топырақтың қатты фазасының құрамындағы берік байланған ауыр металдар;
2) Топырақтың қатты фазасы құрамындағы ауыр металдардың жылжымалы түрлері;
3) Топырақ ерітіндідегі ауыр металдар қосылыстары;
4) Топырақ ауасының құрамындағы ауыр металдар қосылыстары;
5) Тірі ағзалар құрамында ауыр металдар қосылыстары.
23. Тірі ағзаларға ауыр металдардаң биологиялық және физиологиялық әсері.
Ауыр металл дегеніміз - салыстырмалы атомдық салмағы 40-тан, тығыздығы 5 гтекше см-ден жоғары химиялық элементтер. Ауыр металдарды улы элементтермен қоса есептегенде Менделеев кестесінің 23-дей бөлігін алады. Олардың ішінде кадмий, қорғасын және сынап элементтері ең улы ауыр металл болып саналады. Қазіргі кезде ауыр металдардың қоршаған ортаға таралуы тек табиғи жағдайда ғана емес, сонымен қатар антропогенді жолмен де қарқынды түрде жүруде. Олардың қатарына өндіріс қалдықтары, тау-кен өндірісі, транспорт, түсті және қара металл өндіру, құрамында ауыр металдар кездесетін тыңайтқыштарды ретсіз пайдалану, жылу-электр орталықтары (ЖЭО) немесе жалпы урбанизацияны жатқызуға болады.Ауыр металдармен ауаның, судың және топырақтың ластануы Қазақстанның ірі өндіріс орталықтарында да экологиялық өзекті мәселе болып саналады. Мысалы, Семей қаласының өндірістік орындарына жақын маңдағы топырақ құрамындағы кейбір ауыр металлдардың жинақталуы қалыпты мөлшермен салыстырғанда мырыш -7,4, қорғасын - 9,9, мыс-3,8, кадмий-13,3, марганец-1,3, кобальт-2,4 есеге артық. Ауыр металдардың топырақтағы мөлшері, таяу маңдағы өсірілетін ауылшаруашылық өсімдіктері мен бау-бақша дақылдарында 2-3,5 есеге дейін жоғарылаған. Осыған байланысты қоршаған ортаны қорғау мамандардың алдына қойылып отырған басты мәселе - ауыр металдардың қоршаған ортадағы жалпы және белсенді мөлшерін анықтау.Ауыр металдар арасында "улы" сөзінің түсінігі тек ауыр металдардың жеке түріне ғана қатысты емес, олардың ортадағы шоғырлануына байланысты. Ауыр металдар арасында аз мөлшерде өсімдік тіршілігі үшін өте қажетті микроэлемент, ал ортадағы шоғырлануы жоғары болғанда улы ауыр металл болып есептелетін түрлері бар. Ауыр металдардың улы шоғырлану шегі өсімдік түріне жекелеген түрлердің төзімділігі мен химиялық элементтің өсімдік тіршілігінде алар орнына байланысты. Өсімдік тіршілігінде көп кездесетін кейбір химиялық элементерді Кабата-Пендиас, Пендиас Х. (1989) тапшы, қалыпты және жоғары болуына байланысты төмендегідей (31-кесте) көрсеткіштермен келтірген. Сонымен қатар ауыр металдардың қоректік ортадағы өсімдіктерге улы әсер ету концентрациясына байланысты төмендегідей қатарға жіктеген:
1. Өте улы -1 мгл-ден төмен жинақталуында Ag, Be, Hg, Sn, Cd, Nі, Pb;
2. Орташа улы - 1 мгл-ден 100 мгл аралықтағы жинақталуы As, Se, Al, Ba, Cо, Cu, Cr, Fе, Mn, Zn; 3. Улы әсері төмен - 100 мгл ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ауыр металдарға атомдық массасы 50 атом бірлігінен асатын немесе алтыдан аса тығыздықтағы қырық элемент жатады. Қауіпті ластаушылардың саны сыртқы ортадағы токсиндік, тұрақтылығын, жинақталуы мен аталған металдардың таралу масштабын ескергенде айтарлықтай аз. Ауыр металдардың табиғи ортаға түсуі табиғи (тау жыныстары мен минералдардың үгілуі, эрозиялық процестер,жанартау атқылауы) және техногенді (пайдалы қазбаларды өндіру, өңдеу, жанармай жағу, көлік, ауылшаруашылығының әсері) болып екіге бөлінеді. Өндіру мен өңдеу табиғи ортаның металдармен ластанудың күшті көзіне жатпайды. Бұл өндірістердегі ластанушы заттардың қалдығы жылуэнергетика қалдықтарынана әлдеқайда аз. Металлургиялық емес өндіріс, нақты айтқанда көмірдің жануы биосфераға ауыр металадардың түсуінің басты көзі. Жанармай жануынан атмосфераға тасталатын қалдықтар ерекше маңыды.
Металдардың физикалық қасиеттері:
1. Агрегаттық күйі - қатты. (Ерекшелік! Нg,
сынап - сұйық).
2. Түсі сұр. (Ерекшелік! Au, алтын - сары,
Cu, мыс- қызғылт-сары).
3. Металдық жылтыры бар. (Ag, Ir)
4. Электр- және жылу өткізгіштігі жоғары.
5. Иілгіш, батталғыш, созылғыш.
Металдардың химиялық қасиеттері
Металдардың атом радиусының үлкен және иондану энергиясы кіші болуына байланысты олар электрондарын оңай береді, сондықтан тотықсыздандырғыштар болады, қосылыстарындағы тотығу дәрежелері оң мәнді болып келеді. Металдардың электрондарын беру қабілеті әртүрлі болады, осыған байланысты металдардың активті қатары құрылған, оны ұсынған Н.Н.Бекетов (1865ж). Li K Ca Na Mg Al Zn Fe Ni Sn Pb (H2) Cu Hg Ag Au.
ХХ ғасырдың басында, ғылым мен техниканың дамуы өндіріс орындарының жедел өсуіне ықпал етті. Осыған орай алғаш рет қоршаған ортаға химиялық элементтердің түсуі мен таралуы, және олардың тірі ағзаларға зиянды әсерін жүйелі түрде зерттеу өзекті мәселелер қатарынан орын алды.Қазіргі кездегі дүние жүзі ғалымдарының басты мәселелердің бірі-пестицидтерден кейін ауыр металдардың тірі ағзаларға әсерін әлсірету болып табылады. Ауыр металдардың қоршаған ортаға таралуы тек табиғи жағдайда ғана емес, сонымен қатар антропогенді жолмен де қарқынды түрде жүзеге асуда. Олардың қатарына өндіріс қалдықтары, тау-кен өндірісі, транспорт, түсті және қара металл өндіру, құрамында ауыр металдар кездесетін тыңайтқыштарды ретсіз пайдалану, жылу-электр орталықтары (ЖЭО) немесе жалпы урбанизацияны жатқызуға болады. Овчаренко М. М. (1995) мәліметтері бойынша жоғарыда келтірілген түсті металл балқыту заводтардан әр жыл сайын қоршаған ортаға - 154650 т. мыс, 121500 т. мырыш, 89000 т. қорғасын, 12000 т. никель, 765 т. кобальт, 1500 т. молибден, 30,5 т. сынап, ал көмір және мұнай өнімдерін жағудан 1600 т. сынап, 3600 т. қорғасын, 2100 т. мыс, 700 т. мырыш, 3700 т. никель және автотранспорт газынан 260000 тонна қорғасын бөлінеді, ал Новосибирскідегі Қоршаған ортаны қорғау комитетінің анықтауы бойынша ауаның ластануының 70 %-дан көбі автотранспорттан болса, 11 %-дайы ЖЭО үлесіне тиеді. Жалпы ауыр металл дегеніміз, салыстырмалы атомдық салмағы 40-тан, тығыздығы 5 гтекше см-ден жоғары химиялық элементтер. Ауыр металдарды улы элементтермен қоса есептегенде Менделеев таблицасының 23-дей бөлігі кіреді. Олардың ішінде кадмий, қорғасын және сынап элементтері ең улы ауыр металл болып саналады. 1980 жылғы UNESCO-нің шешімі бойынша бұған тағы сегіз элемент (V, Co, Mn, Cu, Mo, Nі, Zn, Cr) және үш металлоид (As, Se, Sb) қосылған болатын. Сонан соң олардың қатары тағы екі металмен толықтырылды (Tі, Sr) . Осы элементтер тірі ағзаларға улы әсері жағынан мынадай кластарға жіктелген
Топырақта ауыр металдардың жылжымалы формаларын анықтау.
Ауыр металдардың топырақтағы жылжымалы формасы жоғары емес орташа 5-10%-дай, негізінен ауыр металдардың ортадағы концентрациясына және топырақтың қасиеттеріне байланысты (рН, қарашіріктің мөлшері т. б.) өзгеріп отырады.
Топырақ профилі бойынша топырақтың пайда болу процесінің ұзақтығына,топырақтың өнімділігіне,адамның әсеріне байланысты болады.Топырақта ауыр металдардың таралуы үш типке бөлінеді:
1.Гумус аккумулятивті таралу(катионогенді металдың мөлшері гумус мөлшерімен тікелей байланысты.)
2.Элювиалды-иллювиалды таралу(ауыр металдардың мөлшері топырақ профилінің орта бөлігінде,элювиалды горизонтында өседі.
3.Градиентсіз таралу карбонатты және т.б. Геохимиялық кедергілер болғанда ауыр металдардың концентрациясы осы кедергілерден бірнеше есе өседі.
Топырақ бетіне түсетін ауыр металдар топырақ қалыңдығында, негізінде жоғары гумус горизонтында жинақталады. Содан кейін сілтісіздендіру, өсімдіктермен қоректену, эрозия, дефляция нәтижелерінде ақырындап жойылады. Бірақ ауыр металдар бірдей болмайды. Әртүрлі элементтер үшінбірінші жартылай ыдырау периоды (алғашқы концентрациядан жартысы жойылған уақыт) әртүрлі болады. Zn-70-510 ж, Cd-13-110ж, Cu 310-1500ж, Pb 740-5900ж).
Топырақтағы ауыр металдардың табиғи және техногенді түсетін қосылыстарының формалары олардың педохимиялық таралу бағытын анықтайды. Топырақ-ерітінді жуйесінде фазалар арасындағы ме-катион таралуын және жүйе қасиеттерінің өзгеруін көрсетеді.
Топырақ түзуші жыныстардан пайда болатын әртүрлі топырақ процестерінің әсерінен ауыр металдардың топырақ компоненттері бойынша таралады. Жалпы айтқанда топырақта ауыр металдардың әртүрлі формалары түзіледі.Топырақтарда ауыр металдардың қосылыстарының негізгі формаларының бірі-суда еритін формасы. Бұл форма ауыр металдардың топырақ ерітінділеріндегі мөлшерін сипаттайды. Ауыр металдардың өсімдіктермен сіңірілуін және ауыр металдардың профиль бойынша миграциясын анықтайды. Су сығындыларының құрамы мен ауыр металдардың мөлшері қышқыл-сілтілік және тотығу-тотықсызданухелат түзуші қосылыстардың мөлшерімен миробиотаның активтілігімен және топырақ атмосфераның құрамымен анықталады. Желге мүжілу процесінде элементтердің жылжымалылығы өте ерекше болады. Біріншіден минералдың тұрақтылығымен 2-шіден элементтердің электрохимиялық қасиеттерімен анықталады. Элементтердің химиялық табиғатының негізінде элементтердің электртерістілігі және ионның мөлшері көрсетіледі. Төмен иондық потенциалы бар элементтер (3тен жоғары) топырақ ерітіндісінде бос иондар түрінде кездеседі, ал жоғары иондық потенциалдары бар элементтер (3-12) топырақ ерітіндісінде гидролизденген немесе комплексті түрде кездеседі. Топырақ ерітіндісінде ауыр металдар бос иондардан он-анион көмегімен гидратталған комплексті иондар түріне ауысады. Органикалық комплекс түзушілер топырақтың қатты фазаларында ауыр металдардың адсорбциясына өте активті кедергі жасайды. Сондықтан ауыр металдар топырақ ерітіндісінде қалады. Каллоидты ерітінді бетінде ауыр металдардың күйдегі элементтерде көрініс береді.
Кадмий және оның қоршаған ортадағы әсері
Қазіргі кезде барлық табиғи орталарда бақыланып отырған ластаушы химиялық заттардың негізгілерінің бірі - ауыр металдар. Ауыр металдар - тығыздығы темірдің тығыздығынан (7,874 гсм3) артық болатын түсті металдар тобы. Оларға мырыш, қорғасын, қалайы, марганец, висмут, мыс, сынап, сүрме, никель, кадмий жатады. кейбір бүйрек, бауыр, буын сияқты мүшелерде жинақталып, адам денсаулығына үлкен қауіп төндіреді. Көптеген ауыр металдар, олардың ішінде қорғасын, кадмий, хром, никель улы заттардың қатарына жатады. Олар тағам, су, ауа арқылы организмге түскенде ыдырамайды, керісінше, тірі организмдерде жинақталып, ұзақ уақыт бойы сақтала алады және аккумуляцияланған у ретінде әсер етеді. Сондықтан, ауыр металдардың қоршаған ортадағы мөлшері белгіленген шамадан аспауы керек.
Металлургия кен орыны мен оның маңайындағы топырақтың құрамындағы анықталған ауыр металдар мөлшері әртүрлі деңгейде болатындығы, негізгі шөлейт өсімдіктері құрамындағы ауыр металдардың мөлшері кеніштен қашықтаған сайын азаятындығы анықталған. Шөлейттік өсімдіктер ішінде негізінен жусан, изен, сексеуіл, бидайық ағзаларында ауыр металдар, әсіресе кадмий өте жоғары дәрежеде жинақталады екен.
Ағзаға түскен кадмий иондары ақуыз молекулаларының карбоксильді, аминді және сульфагидрильді (COOH, -NH2, -SH) топтарымен қосылыс түзді. Кадмий бүйректе, бауырда, асқазан асты және қалқанша бездерінде шоғырланады. Кадмий теріге әсер ету арқылы дерматиттер мен экземалар сияқты терінің созылмалы ауруларын туғызады. Түрлі мүшелерде жинақталатын кадмийдің тас түзілуіне әсер ететін қасиеті бар. Оның улы әсері әсіресе, нәресте ағзасында айқын көрінеді, баланың сөйлеу қабілеті тежеліп, тез шаршағыш болады, ақыл-ойының дамуы тоқтап, ауыз қуысындағы тістері тісжегіге шалдығады. Кадмий сонымен қатар, асқорыту ферменттерінің белсенділігін тежейді, ұлпалар мен қанның катализдік белсенділігін төмендетіп, көміртегі алмасуына да кері әсер етеді. Мырыштың ерігіш қосылыстары шамадан тыс артқанда ас қорыту жолдарының қызметі нашарлайды.
Мыс пен мырыштың топырақтағы мөлшері.
Мырыш-өсімдіктердің дұрыс өсуі мен көбеюі үшін қажетті сегіз микроэлементтің бірі; қалғандары бор, хлор, мыс, темір, марганец, молибден және никельден келеді. Бұл элементтер қажетті микроэлементтерге жатады, өйткені олар өсімдік ұлпалары үшін салыстырмалы аз мөлшерде (5 - 100 мгкг) қажет.
Өсімдіктер үшін мырыштың негізгі көзі топырақ болып табылады. Элемент минералдармен де, органикалық компоненттермен де оңай адсорбцияланады, сондықтан топырақтың көптеген түрлерінде оның жер үсті көліктеріндегі шоғырлануы байқалады. Топырақтағы мырыштың жетіспеушілігі зат алмасуының бұзылуына, өсімдіктердің өнімділігі мен олардың өнім сапасының төмендеуіне әкеледі.
Мырыш тапшылығының себептері топырақтағы қол жетімді мырыш өсімдіктерінің төмен табиғи шоғырлануы бола алады.:
топырақтағы элементтің жалпы құрамы төмен;
топырақтағы металдың төмен қозғалуын негіздейтін факторлармен (темір гидроксидтерінің, карбонаттардың, органикалық қосылыстардың, фосфаттардың жоғары құрамы).
Сонымен қатар топырақтағы қозғалысқа және өсімдікке мырыштың түсуіне топырақ фосфаттары әсер етеді. Топырақтағы мырыштың негізгі көзі-аналық жыныстар. Қосымша көздер атмосфералық жауын - шашын және агрохимиялық заттар (тыңайтқыш, әктеу) болып табылады.
Топырақта мыстың мөлшері шамамен 15-20 мгкг болып кездеседі. Мыс және оның қосылыстары топырақтағы микрофлора, судағы флора мен фауна өкілдері және жылы қанды организмдер мен адамдар организмі үшін улы болып есептеледі.
Мыс және оның қосылыстары қоршаған ортаға түсті металлургия өндірісі, транспорт, тыңайтқыштары мен пестицидттер арқылы, көміртекті отындардың жануы, металдарды балқыту мен гальванизация процестері кезінде түседі.
Зерттеулер бойынша мыс балқыту өндірісіне жақын аймақта топырақ пен өсімдіктерде ауыр металдардың мөлшері бақылау аймағымен салыстырғанда өте жоғары. Мыстың мөлшері 12 есеге дейін, ал басқа элементтердің мөлшері 2-5 есеге дейін артады. Сонымен қатар, мырыштан басқа ауыр металдардың мөлшері топырақта өсімдіктерге қарағанда әлдеқайда көп. Алайда, топырақта ауыр металдардың мөлшері 2-3 есе артса, олардың өсімдіктердегі мөлшері 5-6 есе артады. Статистикалық талдау қорытындысы бойынша, топырақ пен өсімдіктер арасында тура корреляциялық байланыс бар. Зиянды қалдық заттардың вентиляциялық таралу аймағында жапырақтардың және барлық өсімдіктердің морфопатогенезі байқалған.
Ауыр металдар атомдарының құрылысының ерекшеліктері. Ауыр металдардың жіктелуі
Металдар - металдық кристал торын түзеді. Бұл кезде химиялық байланыстың ерекше түрі - металдық байланыс пайда болады. Валентті электрондары аз және радиусы үлкен болғандықтан металл атомдары бұл электрондарды жеңіл жоғалтып, иондарға айналады. Атомнан босаған электрондар кристалдың барлық құрылымдық бөлшектерінде ортақ қолдануға өтеді де, кристалдың ішінде жеңіл қозғалады және барлық бөлшектердің арасында байланысты жүзеге асырады. Атомдар мен иондардың арасындағы кеңістікте еркін қозғалатын ортақ электрондарды электрон газы деп атайды.
Металдардың атом құрылысындағы ерекшеліктер:
1.S - элементтерінің валенттілік электрондарының жалпы формуласы ns 1;2 ( n= 1-7)
ns 1 - сілтілік металдар (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr )
ns 2 - сілтілік жер металдар (Mg, Ca, Sr, Ba, Ra )
2. р-элементтерінің валенттілік электрондарының жалпы формуласы ns 2 nр 1-6 ( n= 2, олардың ішінде металдарға жататын элементтер үшін n= 5-6 )
3. d- элементтерінің валенттілік электрондарының жалпы формуласы ns 2 (n-1) d 1-10 (n= 4, үлкен периодтардың қосымша топшаларының элементтері, олардың сыртқы қабаттарында бір немесе екі электрон болады.
Ауыр металдардың жіктелуі:
Тығыздығы бойынша металдар:
1. Жеңіл металдар, ρ5гсм 3, ең жеңіл
металл - Литий, ρ(Li) = 0,53гсм 3.
2. Ауыр металдар, ρ5гсм 3, ең ауыр
металл - Осмий, ρ(Os) = 5,9гсм 3.
Балқу температурасына қарай:
1.Оңай балқитын металдар, tб1000 0С; ең
оңай балқитын металл-сынап, tб(Hg)=38,90С;
2. Қиын балқитын металдар, tб1000 0С;
ең қиын балқитын металл - вольфрам,
tб(W)=33900С;
Қаттылығына байланысты:
1. Қаттылығы алмаздың қаттылығынан
(10) төмен металдар жұмсақ металдар
д.а., ең жұмсақ металдар - сілтілік
металдар, оның ішінде калий-К,
пышақпен оңай кесуге болады.
2.Қаттылығы алмаздың қаттылығынан
(10) жоғары металдар қатты металдар
д.а., ең қатты металдар - вольфрам,
хром; хром - ең қатты металл, ол
шыныны кеседі.
Өндірістік жіктелуі:
1. Қара металдар-темір және оның
құймалары: шойын, болат,
ферроқорытпалар, шартты түрде бұл
топқа марганец пен хром кіреді.
2. Түсті металдар (темірден басқа
металдар): Мысалы: мыс, күміс, алтын,
платина т.б
Радиоактивті заттарды анықтау әдістері (альфа-,бета-, гамма- спектрометрия
Радиацияның үш негізгі түрі бар: альфа, бета және гамма.
Альфа бөлшектер екі нейтрон және екі протоннан тұрады. Альфа бөлшектер - салыстырмалы түрде үлкен, жай қозғалады және оң зарядталған. Олардың диапазоны мен өту тереңдігі қысқа. Тұрақсыз ядродан тарайтын альфа бөлшектерді қағаз парағы немесе ауаның бірнеше сантиметрі жұта алады.
Бета бөлшектер - тез қозғалатын электрондар. Олар нейтрон протонға ыдыраған кезде, тұрақсыз атом ядросынан таралады. Олар - кішкентай, тез қозғалады және теріс зарядталған. Бета бөлшектерді ауаның бірнеше сантиметрі немесе алюминийдің бірнеше миллиметрі жұта алады.
Гамма сәулелер - жоғары энергиялы электромагниттік сәулелену. Олардың өтімділігі жоғары, сондықтан гамма сәулелерден қорғану үшін қалың қоршау қажет.
Радиоактивті сәулелерді анықтау принципі осы сәулелердің ортаның затын иондау қабілетіне негізделген. Иондаушы сәулелерді анықтау және өлшеу үшін келесі әдістер қолданылады: фотографиялық, сцинтилляционды, химиялық және иондаушы.
Фотографиялық әдіс фотоэмульсияның қараю дәрежесіне негізделеді. Иондаушы сәулелердің әсерінен фотоэмульсиядағы бромды күмістің молекулалары күміс пен бромға ыдырайды. Пленканы шығару кезінде оның қараюын тудыратын жоғарыда түзілген күмістің ұсақ кристалдары. Осы принципке жеке фотодозиметрлер жұмысы негізделген.
Сцинтилляционды әдіс. Иондаушы сәулелердің әсерінен кейбір заттар (күкірт цинкі, иодты натрий) жарық шығарады. Жарқырау саны сәулелену мөлшерінің қуатына пропорционалды және фотоэлектронды көбейткіш -- арнайы құрал көмегімен тіркеледі.
Химиялық әдіс. Кейбір химиялық заттар иондаушы сәулелердің әсерінен өзінің құрылымын өзгертеді. Судағы хлороформ сәулелену кезінде хлороформға қосылған бояғышпен, түсті реакцияға түсетін тұз қышқылына ыдырайды. Екі валентті темір қышқылды ортада, суды сәулелеу кезінде НО2 және ОН бос радикалдарының әсерінен үш валенттіге тотығады. Үш валентті темір, бояғышпен түсті реакцияны береді. Бояу қоюлығына қарап, сәулелену мөлшерін (жұтылған энергия) байқаймыз. Осы принципке ДП -- 70 және ДП -- 70м химиялық дозиметрлер жұмысы негізделген.
Радиацияны анықтаудың бірнеше жолдары бар.
Ауыр металдардың жер қыртысында таралу ерекшеліктері, салыстырмалы мөлшері, орналасу формалары.
Элементтердің жер бетінде таралуы бірдей емес. Салыстырмалы атомдық массасы 50-ге дейінгі жеңіл элементтер 99,4%, ал қалғандарына 0,6% келеді екен. Табиғатта таралуы 0,01%-дан кем элементтерді сирек кездесетін бытыраңқы элементтер деп атайды.
Табиғатта кездесуіне қарай металдарды бірнеше топқа бөлуге болады:
1. Сирек кездесетін металдар:Li,Be,Cs,Rb
2. Сиректеу кездесетін металдар:Sc,V,La, лантаноидтар
3. Асыл металдар:Au, Ag, Pt, Rh,Ir, Oc, Ru
4. Шашыранды металдар:Ga, In, Ge,Te
5. Радиактивті металдар:U, Th,Ac, актиноидтар
Жер қыртысының кристалды заттары кез келген нүктеде минералдардан тұрады. Минералдар химиялық элементтерден құралады. Мысалы, гранит. Оның 99%-і, 8 химиялық элементтерден тұрады. O, Si, Al, Сa, Na, K, Mg. Бұл элементтер гранит құрамына кіретін:кварц, дала сипаты, слюда және мүйізді күкіртті қоспа (роговая обманка) минералдарын түзеді. Гранитке арнайы жоғары сезімталды прибор көмегімен нақты анализ жүргізсе; онда гранитте басты 8 элементтен басқа, Ti Mn Ba Sr Cr Ru V Zr Ni Cu Zn және т.б. элементтер кіреді.
Базальттта гранитке қарағанда Ni 20 ретке, Cu 10 ретке жоғары құралған. Ал керісінше гранитте Sn 2-3 есе, Pb 2-3 есе, U 7есе базальтке қарағанда жоғары болады. Сондықтан қалайы және қорғасынды кендер гранитті массивпен, ал мыс кені-базальтты жыныстармен байланысқан.
Барлық металдар силикатты магмалар кристализациясы кезінде бірдей ерекшеленбейді. Олардың үлкен бөлігі шашыраңқы күйдегі минералдарда қалады нәтижесінде бұл граниттің минералдарындағы және Pb атомдары шашыраңқы болады, ал базальт-шашыраңқы болады. Сондықтан гранитті массивпен орналасқан аймақпен базальтті жыныстарында, жер қыртысының бетінде элементтердің шашырауы біркелкі болмайды.
Көп жақты геохимиялық зерттеулер магмалық тау жыныстары бір құрамда бірдей емес мөлшерде шашыраңқы металдарды құрайтынын көрсетті. Кольск түбегінде мыс-никельді кен құрайтын тау жыныстарында никель мен мыстың шашыраңқылығы осы кендері жоқ жыныстардан екі есеге жоғары болады.Сол сияқты Sn, Pb. Mo- кен орындары бар гранитте бұл металдардың шашыраңқы формасы кенсіз граниттерге қарағанда жоғары болады. Келтірілген мысалдар химиялық элементтердің таралуы жер қыртысында бірдей емес екенін көрсетеді. Сондықтан жер қыртысында металдардың таралуы, олардың жеке орындарда концентрлену және шашырау қабілеттілігін көрсетеді.
Ауыр металдардың гидросфераға түсу жолдары мен көздері.
Табиғи ортада АМ-дар приоритеті ластаушылар болып табылады. АМ-дың гидросфераға түсуі әртүрлі. Табиғи сулардың химиялық құрамын анықтауда АМ-дарнегізгі түсу көздері, сулы ертінділердің химиялық құрамына жәнеолардағы минералдардың еру дәрежесіне байланысты. АМ- дың табиғи сулардың антропогенді ластанудағы басты көздеріне тұрмыстық- шаруашылық және кәсіпорындардағы ақаба сулары, қайта өңдеу кәсіпор ындары және түрлі түсті металдарды шығару кәсіпорындары, таулы аймақтарды қолдану, тамақ өнімдерін сақтаушы фабрикалар, атмосфераға шығарылатын кәсіпорындардың қалдықтары, жердің беткі қабаттарыа сіңу заттары жатады.
Өндірістік және тұрмыстық қажеттерге жыл сайын 600-700 км3 су жұмсалады. Олардың ішінде 130-150 км3 гидросфераға қайтып оралмайды. Қалғандары өзен, көл, теңіз жерасты суларға қосылады.
Қалдық суларды қанша тазалағанмен, 10-20% шамасында ластаушы заттар бөлінбей сақталады. 1 рет пайдаланылған қалдық суларды тазалау үшін оларды 7-14 есе таза, оттегі мол сумен араластыру керек.
Суды ластаушы көздер:
өнеркәсіп қалдықтары;
жылу;
радиоактивті қалдықтар;
Топырақтағы ауыр металдардың қосылыстарының формаларының трансформациясы.
Элементтердің жер бетінде таралуы бірдей емес. Салыстырмалы атомдық массасы 50-ге дейінгі жеңіл элементтер 99,4%, ал қалғандарына 0,6% келеді екен.
Табиғатта кейбір химиялық белсенділігі нашар металдардан басқасы (Pt, Au, Ag, Hg) көбіне қосылыс түрінде кездеседі. Металдардың жер қыртысында кездесетін қосылыстары түрлі минералдар түзеді.
Бейметалдардың табиғи қосылыстарына тоқталсақ, химиялық белсенді бейметалдар сілтілік, сілтілік-жер металдарымен қосылыс түрінде кездеседі. Оттек, күкірт белсенді минерал түзуші элементтер, өтпелі металдармен оксидті, сульфидті, сульфатты, силикатты, аллюмосиликатты минералдар түзеді. Азот табиғатта бос күйінде кездеседі, ол оның молекуласындағы байланыстың беріктілігіне байланысты. Фосфор - фосфаттар түзеді, олар: Ca3(PO4)2 - фосфорит, Ca5X(PO4)3 - апатит, мұндағы x - F-, Cl-, OH-. Мышьяк, сурьма - негізінен сульфидті минералдар түзеді: As4S4 - реальгар, Sb2S3 - сурьма жылтыры. Көміртек органикалық заттар құрамында(тас көмір, мұнай, табағи газдар) және бейорганикалық заттар түрінде (карбонаттар және көмір қышқыл газы) кездессе, кремний жер қыртысында силикаттар мен аллюмосиликаттар түрінде кездеседі.
Сонымен, элементтерді табиғатта таралуына байланысты (Гольдшмит) төрт топқа бөледі: атмофильдер (газ күйінде кездесетін элементтер N2, H2, O2,инертті газдар), метофильдер немесе оксофильдер (жердің беткі қабатын құрайтын), халькофильдер (күкіртпен қосылыс түзуге бейім элементтер Cu, Ag, Zn, Pb, Hg) және сидерофильдер (жер ядросын құрайтын VIII В тобының элементтері).
Кадмиймен ластанған топырақтан экологиялық таза өнім.
Ауыр металдардың ішінде ең улы және қоршаған ортаға кеңінен таралғаны кадмий болып есептеледі. Қоршаған ортаның кадмиймен ластануы кейінгі жылдары Швецияда, Америка Құрама Штаттарында бірнеше есе жоғарылаған.
Кадмийдің айтарлықтай бөлігі топыраққа және суға жауын-шашын арқылы түседі. Жыл сайын Балтық теңізіне 200 тонна кадмий түссе, оның 45% ауадан келеді.
Бұл элемент тірі ағзаларға қауіптілігі жағынан бірінші класқа жатқызылады. Кадмий адам және жануарлар ағзасына жиналуға қабілетті және жүрек, қан тамыры әрекетіне басқа да аурулардың пайда болуына себепші. Адам ағзасына 10 мг кадмийдің жиналуы улану белгілерін білдіреді.
Топырақтағы өсімдіктер өндірісіне жарамсыз болып қалады. Ауыр металдар организміне өсімдік арқылы, әсіресе көкөніс арқылы енеді. ӨсімдіктердегІ улылық деңгейін төмендету - ауылшаруашылық өндеуде атқарады.
Топырақтағы биоремедация технологиясының негізгі принціпі.
Жыл сайын әлемде қоршаған ортаға шамамен 50 млн.тонна мұнай тасталады. Су мен жерді ластайтын заттардан, сонымен қатар мұнай көмірсутектерінен тазалаудың ең перспективті әдістеріне биоремедация әдістері жатады. Биоремедиация - бұл биологиялық объектілердің - өсімдіктердің, саңырауқұлақтардың, жәндіктердің, құрттардың және басқа организмдердің метаболикалық әлеуетін қолдана отырып, суды, топырақты және атмосфераны тазарту әдістерінің кешені. Диоксиндер топыраққа жаңбырмен және ағын сумен ауадан түседі. Топырақтан диоксиндер ауылшаруашылық өнімдері мен суға ауысады. Жануарлардың денесінде олар жинақталуға қабілетті. Диоксинмен ластанғаннан кейін биоремедиация әдістері қолданылады.
Микроорганизмдерді қолдану арқылы топырақты биоремедиациялаудың үш негізгі тәсілі:
биостимуляция - ластанған аумақта аборигендік микрофлораның дамуын ынталандыру.
био толтыру - ластаушы затты ыдыратуға қабілетті микроорганизмдердің биологиялық өнімдерін топыраққа енгізу.
фитостимуляция - ризосфера микроорганизмдерінің дамуын ынталандыру үшін өсімдіктерді қолдану.
Ластанудың деградациясында микроорганизмдер басты рөл атқарады. Зауыт - бұл биотүзгінің түрі, олар үшін тіршілік ету ортасын құрады (оттегіге қол жетімділікті қамтамасыз етеді, топырақты қопсытады. Осыған байланысты тазарту процесі де белсенділігі аз вегетациялық кезеңнен тыс уақытта өтеді (жазғы емес кезеңде)
Биомиметиканың қоршаған ортаны қорғау
Биомиметика табиғатта тіршілік ету формалары мен олардың өндірістік аналогтарын қолдану туралы қолданбалы ғылым. Биомиметика адамның көптеген өнертабыстарының табиғатта ұқсастықтары бар екенін растайды, мысалы, киімдегі найзағай құстың қауырсынының құрылымына негізделген. Ілгектермен жабдықталған әртүрлі бұйрықтағы қауырсындар сенімді ұстауды қамтамасыз етеді.
Биомиметиканы тағы бионика деп те атайды. Ол биологиямен, физикамен, химиямен, кибернетикамен және инженериямен тығыз байланысты: электроника, навигация, байланыс, протездеу (адамдардың және басқа тіршілік иелерінің мүшелері), теңіз ісі және басқалары. Биониканың атауы ежелгі грек сөзінен шыққан бион - өмір клеткасы. Алынған білімді техникалық мәселелерді шешу үшін қолдану үшін биониканы, биологиялық жүйелер мен процестерді зерттеу. Бионика адамға табиғаттан алынған және сол алынған идеялар негізінде өзіндік техникалық жүйелер мен технологиялық процестерді құруға көмектеседі. Ағылшын тілі мен аударма әдебиеттерінде биомиметика термині құрылғының идеясы мен негізгі элементтері тірі табиғаттан алынған технологиялық құрылғыларды жасауға деген көзқарас мағынасында жиі қолданылады.
Гидросфераға ауыр металдардың түсу көздері және жолдары.
Соңғы жылдары өзен, көл, теңіз және мұхит суларының ластануы қатты байқалуда. Су ресурстарын ластаушы негізгі көздерге мыналар жатады:
Өндіріс орындарынан шыққан зиянды қалдықтар;
Минералды тыңайтқыштар мен химиялық заттар арқылы ауылшаруашылық сулар;
Атмосферадағы ластаушы заттар (газдар мен қатты заттар);
Мұнай өндіруші және мұнай өңдеуші өнеркәсіп орындарынан шыққан ағынды сулар.
Табиғи ортада АМ-дар приоритетіластаушылар болып табылады. АМ-дың гидросфераға түсуі әртүрлі. Табиғи сулардың химиялық құрамын анықтауда АМ-дарнегізгі түсу көздері, сулы ертінділердің химиялық құрамына жәнеолардағы минералдардың еру дәрежесіне байланысты. АМ- дың табиғи сулардың антропогенді ластанудағы басты көздеріне тұрмыстық- шаруашылық және кәсіпорындардағы ақаба сулары, қайта өңдеу кәсіпор ындары және түрлі түсті металдарды шығару кәсіпорындары, таулы аймақтарды қолдану, тамақ өнімдерін сақтаушы фабрикалар, атмосфераға шығарылатын кәсіпорындардың қалдықтары, жердің беткі қабаттарыа сіңу заттары жатады.
Тірі ағзалар үшін ауыр металдардың физиологиялық маңызы.
Кейбір элементтердің ағза үшін физиологиялық маңызы өте жоғары. Мыс - денсаулыққа өте пайдалы микроэлементтердің бірі. Мыс қанға оттектің өтуін қамтамасыз етеді. Соның нəтижесінде жасуша, ұлпалар оттекпен жақсы қамтамасыз етіледі. Егер ағзада мыс жетіспесе, бауырда қорланған темір гемоглобинмен байланысқа түсе алмайды. Темір элементінің рөлі денсаулық үшін өте зор. Егер темір жетіспесе, баршамызға белгілі анемия немесе қан аздық ауруы пайда болады. Оның мөлшері көрсетілген шамадан төмен болса, қанның қызыл клеткасының, яғни гемоглобиннің түзілуі нашарлап, тыныс алу функциясы төмендейді. Фосфор - аралық зат алмасу процесінде маңызды рөл атқарады. Оның қатысуымен көмірсулардың фосфорлану процесі жүреді, қанның қышқыл-сілтілік тепе-теңдігі қамтамасыз етіледі, бұлшық еттің жиырылуын қуаттандыратын биохимиялық процестер атқарылады. Күкірт - цистеин, цистин, метионин амин қышқылдарының, В дəрумен дəрісі мен кейбір ферменттердің құрамына енеді. Организмде ол креатин, муцин, глютатион, инсулин, питуитрин, кофермент А, таурин мен оның туындылары құрамында кездеседі. Бұл элемент жүннің, мүйіздің, құс қауырсыны мен мамығының құрамында көп мөлшерде кездеседі. Ол организмде күкірт қышқылын түзіп, тоқ ішекте түзілетін улы заттарды залалсыздандыруда маңызды қызмет атқарады. Жасуша құрамында калий да ион түрінде едəуір мөлшерде кездеседі (0,25%). Ол белок синтезін қамтамасыз ететін ферменттердің əрекетін жандандырады, жүрек жұмысын реттеуге қатысады, нерв жүйесі мен бұлшық еттің қозғыштығын төмендетеді, қозу толқынын таратуда, ацетилхолин медиаторын түзуде маңызды рөл атқарады. Натрий - жасушада тек ион түрінде кездеседі. Ол негізінен дене сұйықтықтарының құрамында болады да, қан мен лимфаның осмостық қысымын реттеуде маңызды рөл атқарады.
Жалпы ересек адамдар үшін микроэлементтердің тəуліктік мөлшері осындай: алюминий - 49,01 мг, бром - 0,821 мг, темір - 1,1-30 мг, йод - 0,2 мг, кобальт - 0,05-0,1 мг, марганец - 5 - 7 мг, мыс - 2-3 мг, молибден - 0,15 - 0,3 мг, никель - 0,63 мг, рубидий - 0,35-0,5 мг, фтор - 2-3 мг, мырыш - 10 - 15 мг. Организмдегі минералды заттардың жалпы мөлшері онша көп емес, дене массасының 3,5-4 пайызы шамасында. Олар организмде жинақталған мөлшеріне қарай макро, микро жəне ультра элементтер болып бөлінеді. Физиологиялық маңызы жоғарыда баяндалып өткен химиялық заттар макроэлементтерді құрайды. Микроэлементтер денеде өте аз мөлшерде (103-105 пайыз) кездеседі. Оларға темір, мыс, кобальт, марганец, мырыш, йод, бром, фтор, никель жатады. Ультраэлементтердің (алтын, күміс, селен, радиоактивті элементтер) денеде нышаны ғана болады.
Физика-химиялық анализ әдістері.
Физика‑химиялық әдістер көбінесе химиялық реакцияға негізделеді. Бірақ реакция нәтижесінде жүйенің немесе ерітіндінің белгілі бір физикалық параметрі өзгереді, сол өзгеріс бойынша сандық анализ жүргізуге болады. Физика-химиялық анализ үш үлкен бөлімнен тұрады:
Электрохимиялық анализ (ЭХА) - анализденетін ерітіндіге батырылған электродтар бетінде немесе электродтар арасында ерітіндіде байқалатын құбылыстарға негізделген.
Спектроскопиялық (оптикалық) анализ - анықталатын заттың электромагниттік энергиямен (жарықпен) әрекеттесуіне негізделген.
Хроматографиялық әдістер - сорбент бойымен жылжығанда қоспа компоненттері әр түрлі сорбциялануына негізделген бөлу және анализдеу әдістері.
Анықталатын заттың концентрациясын табу үшін төмендегідей әдістер қолданылады.
а) Градуирлеу гуафик әдісі.
Бұл әдісте стандартты ерітінділер (5-7 ерітінді) үшін аналитикалық сигналдың шамасын өлшейді.
б) Мольдік қасиет әдісі.
Бұл әдіс бойынша бірнеше ерітінді үшін аналитикалық сигналдың шамасын өлшейді.
в) Қосымша әдісі.
Бұл әдіс бойынша анализденетін ерітіндінің аналитикалық сигналын есептейді. Содан соң, сондай ерітіндіге стандартты ерітіндінің (қосымша) белгілі көлемі қосылады да, қайтадан аналитикалық сигналын өлшейді.
Атмосфераға ауыр металдардың түсу көздері және жолдары.
Атмосфера ауасында ауыр металдар органикалық және бейорганикалық қосылыс, шаң-тозаң және газ тәріздес түрінде болады. Ауаның негізгі ластағыштары: көмірсутектер, ұшқыш органикалық қосылыстар, азот және күкірт қышқылдары, күкірт оксидтері, азот оксидтері, озон, фотохимиялық заттар, қорғасын және басқа да ауыр металдар. Атмосфера ауасын ластайтын заттардың мөлшері дүние жүзі бойынша жылына 200 млн. тоннаға жетіп отыр. Ал, оның құрамы 20 химиялық элементтен тұрады. Соның ішінде қорғасын мен мырыштың ауада таралуы және онымен адамдардың улануы жиі байқалуда. Олардың мөлшері ауада 0,0003 мгм3 аспауы керек. Оның негізгі көзі - автокөліктер мен оған қолданылатын қорғасын аккумуляторы. Жапония, Ирак т.б. елдерде осы заттрамен адамдардың улануы жиі болатындықтан, қазір көптеген елдерде балық аулауда, мылтық оқтарына қорғасынды пайдалануды шектеп отыр. Ауа табиғи және жасанды (адамдардың іс-әрекетінен) жолмен ластанады. Табиғи жолмен ластану жанар таулардың атқылауынан, теңіз суы буға айналуынан, тау ұнтағы мен топырақтты жел мен дауыл ұшырғанда, орман мен далада өрт болғанда шаң-тозаң, күл т.б. аспанға көтеріліп ауамен араласу арқылы болады.
Адамдардың іс-әрекетінен болатын ластануға өнеркәсіп, көлік, ауыл шаруашылық, құрылыс кәсіпорындарының, коммуналды-тұрмыстық мекемелердің шаң-тозаңы мен қалдықтары жатады. Ауаның ластану көздеріне себеп боларлық химиялық қосылыстар: ыс, шаң, күкірт қостотығы, көміртегі тотығы, азот қостотығы, сульфаттар, көмірсутектер, күкіртсутектер, ауыр металдар. Атмосфералық ауаның ластану көздері:
1. Топырақ эрозиясы нәтижесінде түзілетін шаң,
2.Энергетикалық өндіріс кешендерінің қалдықтары,
3. Транспорт,
4. Өндіріс орындары,
5. Химиялық өндіріс,
6. Минералды тыңайтқыштар өндірісі,
7. Шаң, ыс, тозаң, асбест,
8. Өрттер нәтижесінде түзілетін газдар,
9. Вулкандық табиғаты бар шаң-тозаңдар.
Азық - түлік өнімдерінде кездесетін уытты заттарға сипаттама.
Тағам өнімдері - жүздеген химиялық қосылыстардан тұратын күрделі көп компонентті жүйені құрайды. Бұл қосылыстарды негізгі үш топқа бөлуге болады.
1. Алиментарлық мəні бар қосылыстар. Бұл ағзаға қажетті қоректік заттар: белоктар, майлар, көмірсулар, дəрумендер жəне минералды заттар.
2. Дəм, хош иіс жəне түстің қалыптасуына қатысатын заттар, негізгі қоректік заттардың ыдырау өнімдері жəне ізашарлары, басқа да биологиялық белсенді заттар. Мұндай шартты алиментарлы емес сипатқа ие топ заттарына сондай-ақ антиалиментарлық жəне уытты қасиетке ие заттар жатады.
3. Антропогенді немесе табиғи текті потенциалды қауіпті, бөгде текті қосылыстар. Қабылданған терминологияға сəйкес оларды контаминаттар, ксенобиотиктер, бөгде текті химиялық заттар деп атайды.
Кең таралуы жəне уыттылығы жағынан алып қарастырғанда, аса жоғары уыттылыққа ие контаминаттарға микроағзалар токсиндері, уытты элементтер (ауыр металдар), антибиотиктер, пестицидтер, нитраттар, нитриттер, нитрозаминдер, диоксиндер жəне диоксинтəріздес қосылыстар, полициклді хош иісті көмірсутектер жəне радионуклидтер жатады.
Тағам өнімдерінің биологиялық белсенді компоненттері тобының негізгі өкілдеріне қантамырын тарылтушы қасиетке ие жəне көптеген жануар жəне өсімдік текті өнімдерде анықталатын биогенді аминдер - тирамин, диоксифенилаланин (ДОФА), норадреналин, серотонин жатады. Серотонин ең бірінші кезекте көкөніс жəне жемістер құрамында болады. Мысалы, қызанақта - 12 мгкг, қара өрікте - 10 мгкг, шоколадта - 27 мгкг серотонин болады. Тирамин көбіне, ферменттелген өнімдерде, сондай-ақ бірқатар балық өнімдерінде болады. Мысалы, тирамин мөлшері сырда - 1100 мгкг, ал маринадталған майшабақта - 3000 мгкг болады. Гистамин қантамырлық реакцияны туындатады, мысалы, бас ауру, сонымен қатар аллергиялық реакциялар: ісіктер, бет жəне мойынның қызаруы, бас айналу жəне тахикардия. Гистамин - гистидин аминқышқылынан декарбоксилдену реакциясы арқылы түзіледі жəне ол жоғары мөлшерде балық етінде болады. Сырда гистамин 10-2500 мгкг мөлшерде, балық консервілерінде, қақталған балықта 20000 мгкг-ға дейінгі мөлшерде болады.
Биосфераның ауыр металдармен ластануы.
Биосфераның ауыр металдармен ластануы -- ғылыми техникалық прогресстiң аса маңызды проблемаларының бiрi болып отыр. Кейбiр есептеулер бойынша бүкiл адамзат қоғамы кезеңiнде 20 млрд тонна темiр өндiрiлген болса, оның түрлi техника, құрал жабдықтар, қондырғылардағы мөлшерi 6 млрд тонна ғана, олай болса 14 млрд тонна темiр қоршаған ортаға таралып, ластап отыр деуге болады. Бұдан басқа жыл сайын өндiрiлген сынап пен қорғасынның 80-90 % биосфераға таралған. Көмiр жанған кезде күл жəне түрлi газдармен бiрге қоршаған ортаға таралатын кейбiр элементтердiң мөлшерi олардың өндiрiлген мөлшерiнен де асып түседi. Мысалы, магний -- 1,5 есе, молибден -- 3 есе, мышьяк -- 7 есе, уран, титан -- 10 есе, аллюминий, иод, кобальт -- 15 есе, сынап-50есе , литий, ванадий, стронций, бериллий, цезий -- 100 деген есе, галлий мен германий -- мыңдаған есе, иттрий -- 10 мыңдаған есе, т.с.с. Атмосфераға бөлiнген ауыр металдар заттардың табиғи айналымына қосылады. Олардың су мен топырақта көп мөлшерде жинақталуы тiршiлiкке үлкен зиян келтiредi. Мышьяк пен хром рак ауруларының тууына себеп болады. Ал селенмен уланған организм өлiмге ұшырайды.
Топыраққа ауыр металдардың түсу көздері және жолдары.
Топырақ профилі бойынша топырақтың пайда болу процесінің ұзақтығына, топырақтың өнімділігіне, адамның әсеріне байланысты болады. Топырақта ауыр металдардың таралуы үш типке бөлінеді:
1.Гумус аккумулятивті таралу (катионогенді металдың мөлшері гумус мөлшерімен тікелей байланысты.)
2.Элювиалды-иллювиалды таралу (ауыр металдардың мөлшері топырақ профилінің орта бөлігінде,элювиалды горизонтында өседі.
3.Градиентсіз таралу карбонатты және т.б. Геохимиялық кедергілер болғанда ауыр металдардың концентрациясы осы кедергілерден бірнеше есе өседі.
Топырақ бетіне түсетін ауыр металдар топырақ қалыңдығында, негізінде жоғары гумус горизонтында жинақталады. Содан кейін сілтісіздендіру, өсімдіктермен қоректену, эрозия, дефляция нәтижелерінде ақырындап жойылады. Бірақ ауыр металдар бірдей болмайды. Әртүрлі элементтер үшінбірінші жартылай ыдырау периоды (алғашқы концентрациядан жартысы жойылған уақыт) әртүрлі болады. Zn-70-510 ж, Cd-13-110ж, Cu 310-1500ж, Pb 740-5900ж).
Суда ауыр металдарды анықтау.
Соңғы жылдары өзен, көл, теңіз және мұхит суларының ластануы қатты байқалуда. Су ресурстарын ластаушы негізгі көздерге мыналар жатады:
Өндіріс орындарынан шыққан зиянды қалдықтар;
Минералды тыңайтқыштар мен химиялық заттар арқылы ауылшаруашылық сулар;
Атмосферадағы ластаушы заттар (газдар мен қатты заттар);
Мұнай өндіруші және мұнай өңдеуші өнеркәсіп орындарынан шыққан ағынды сулар.
Судың сапасы шаруашылық - ауызсуға, мәдени-тұрмыстық, балық шаруашылығы және техникалық мақсаттарға пайдалануға мүмкіндігін анықтайтын судың қасиеті мен құрамын көрсетеді. Судың сапасын бағалау үшін шекті рұқсат етілетін концентрациялар(ШРК) қолданылады. Ал ауыз судың сапасын бағалауда химиялық көрсеткіштермен қатар, бактериологиялық және органолептикалық көрсеткіштер қолданылады. Судың бактериологиялық көрсеткіштерін анықтауда: біріншіден, судағы бактериялардың жалпы саны, ол судың 1 мм-не 100-ден аспауы керек; екіншіден, ішек таяқшасы тобының бактерияларының саны арқылы жүргізіледі. Ол коли-индекс: судың бір литріндегі ішек таяқшасының шамасы немесе коли-титрмен: бір ішек таяқшасы болатын судың миллиметрмен мөлшері анықталады.
Қауіпті ауыр металдардың адам ағзасына өту жолдары.
Адамның денсаулығына зиянды әсер ететін факторлардың ішінде әр түрлі ластаушы заттар бірінші орын алады. Адамның іс-әрекеті нәтижесінде биосфераға, оған тән емес 4млн-нан астам заттар шығарылған. Сонымен қатар жыл сайын қоршаған ортаға мыңдаған жаңа заттар шығарылады. Олардың көпшілігі ксенобиотиктер, яғни адам мен басқа тірі ағзалар үшін бөтен заттар. Аурулардың көбеюі сонымен қатар табиғи ортаның әр түрлі трансформацияларымен, оның толық бұзылуы, өнеркәсіптік кешендерге,бір типті тұрғын жерлерге және т.б. яғни "үшінші табиғатқа"айналуына байланысты. Денсаулыққа әлеуметтік және экономикалық жағдайлардың әсері артып отыр.Табиғи және физико-химиялық тұрғыдан алғанда таза орта болса да, қолайсыз әлеуметтік-экономикалық жағдай ауру мен өлімнің артуына әкелетінін өмір көрсетіп отыр.
Ағзаларға қолайсыз әсер ететін және ауруларға әкеліп соқтыратын заттарды төмендегідей топтарға бөліп көрсетуге болады:
1.Концерогендер (латын тілінен аударғанда cancir-рак,генезис-шығу тегі )қатерлі ісіктер туғызады.Қазіргі уақытта шамамен 500 осындай заттар белгілі. Олардың ішіндегі ең күштілеріне бензо(а)цирен және басқа да полициклді ароматтық көмірсулар, ультракүлгін сәулелер,радиоактивті изотоптар,эпоксидті смолалар,нитриттер,нитрозаминдер, асбест және т.б. жатады.
2.Мутагендер(латын тілінен аударғанда mutasio-өзгеру)-хромосомалар саны мен құрылымының өзгеруіне әкеп соқтырады. Оларға:рентген сәулелері, гамма сәулелер,нейтрондар,бензо(а)цирен,к олхицин, кейбір вирустар т.б. жатады.
3.Тератогендер (грек тілінен аударғанда teras, teratos-құбыжық)-жеке дамуда кемістіктерге әкелетін,кемтарлықтардың пайда болуына әкелетін заттар.Тератогендерге әсер ететін мөлшерінен артып кететін кез-келген фактор жатады. Көбінесе тератогендерге мутагендер,сондай-ақ пестицидтер, тыңайтқыштар, шу және ластаушылар жатады.
Топырақтың ауыр металдармен ластану көздері. Топырақтағы ауыр металдардың мөлшері.
Топыраққа түскен ауыр металдар негізінде оның беткі қабатында шоғырланады. Топырақта ауыр металдардың арылуы өте баяу. Топырақ қабатынан ауыр металдардың жарты мөлшеріне дейін арылуы Zn үшін - 70-510 жыл, Cd- 13-110 жыл, Cu - 310-1500 жыл, Pb- 740-5900 жыл қажет.
Топырақ қабатындағы осы металдардың әсіресе жылжымалы түрлерінің маңызы зор. Жылжымалы түрінде ауыр металдарды өсімдікке сіңу немесе суға еріп араласу мүмкіндігі жоғары. Осы себептен топырақ қабатындағы ауыр металдардың уыттылығы осы жылжымалы түрінің мөлшеріне тікелей байланысты. Ауыр металдардың жылжымалы түрлері химиялық реакциялардың салдарынан киын еритін қосылыстарға айналуы немесе топырақ қалдықтарымен сініріліп бекітілуі мүмкін. Керісінше жылжымайтын түріндегі ауыр металдар топырақ қабатындағы ортанын өзгеруіне байланысты жылжымалы түріне өтіп, топырақ ерітіндідегі ауыр металдар мөлшері артады.
Топырақ қабатындағы ауыр металдар келесі негізгі түрлерге бөлінеді:
1) Топырақтың қатты фазасының құрамындағы берік байланған ауыр металдар;
2) Топырақтың қатты фазасы құрамындағы ауыр металдардың жылжымалы түрлері;
3) Топырақ ерітіндідегі ауыр металдар қосылыстары;
4) Топырақ ауасының құрамындағы ауыр металдар қосылыстары;
5) Тірі ағзалар құрамында ауыр металдар қосылыстары.
23. Тірі ағзаларға ауыр металдардаң биологиялық және физиологиялық әсері.
Ауыр металл дегеніміз - салыстырмалы атомдық салмағы 40-тан, тығыздығы 5 гтекше см-ден жоғары химиялық элементтер. Ауыр металдарды улы элементтермен қоса есептегенде Менделеев кестесінің 23-дей бөлігін алады. Олардың ішінде кадмий, қорғасын және сынап элементтері ең улы ауыр металл болып саналады. Қазіргі кезде ауыр металдардың қоршаған ортаға таралуы тек табиғи жағдайда ғана емес, сонымен қатар антропогенді жолмен де қарқынды түрде жүруде. Олардың қатарына өндіріс қалдықтары, тау-кен өндірісі, транспорт, түсті және қара металл өндіру, құрамында ауыр металдар кездесетін тыңайтқыштарды ретсіз пайдалану, жылу-электр орталықтары (ЖЭО) немесе жалпы урбанизацияны жатқызуға болады.Ауыр металдармен ауаның, судың және топырақтың ластануы Қазақстанның ірі өндіріс орталықтарында да экологиялық өзекті мәселе болып саналады. Мысалы, Семей қаласының өндірістік орындарына жақын маңдағы топырақ құрамындағы кейбір ауыр металлдардың жинақталуы қалыпты мөлшермен салыстырғанда мырыш -7,4, қорғасын - 9,9, мыс-3,8, кадмий-13,3, марганец-1,3, кобальт-2,4 есеге артық. Ауыр металдардың топырақтағы мөлшері, таяу маңдағы өсірілетін ауылшаруашылық өсімдіктері мен бау-бақша дақылдарында 2-3,5 есеге дейін жоғарылаған. Осыған байланысты қоршаған ортаны қорғау мамандардың алдына қойылып отырған басты мәселе - ауыр металдардың қоршаған ортадағы жалпы және белсенді мөлшерін анықтау.Ауыр металдар арасында "улы" сөзінің түсінігі тек ауыр металдардың жеке түріне ғана қатысты емес, олардың ортадағы шоғырлануына байланысты. Ауыр металдар арасында аз мөлшерде өсімдік тіршілігі үшін өте қажетті микроэлемент, ал ортадағы шоғырлануы жоғары болғанда улы ауыр металл болып есептелетін түрлері бар. Ауыр металдардың улы шоғырлану шегі өсімдік түріне жекелеген түрлердің төзімділігі мен химиялық элементтің өсімдік тіршілігінде алар орнына байланысты. Өсімдік тіршілігінде көп кездесетін кейбір химиялық элементерді Кабата-Пендиас, Пендиас Х. (1989) тапшы, қалыпты және жоғары болуына байланысты төмендегідей (31-кесте) көрсеткіштермен келтірген. Сонымен қатар ауыр металдардың қоректік ортадағы өсімдіктерге улы әсер ету концентрациясына байланысты төмендегідей қатарға жіктеген:
1. Өте улы -1 мгл-ден төмен жинақталуында Ag, Be, Hg, Sn, Cd, Nі, Pb;
2. Орташа улы - 1 мгл-ден 100 мгл аралықтағы жинақталуы As, Se, Al, Ba, Cо, Cu, Cr, Fе, Mn, Zn; 3. Улы әсері төмен - 100 мгл ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz