Токсичність поверхневих вод

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вступ

Вода є найбільш поширеною неорганічною сполукою на планеті, яка входить до складу усіх мінеральних речовин та живих організмів. Живі організми у своїй біомасі містять до 80-90% води. Для нормального функціонування людина потребує 2 л води на добу. Всі продукти харчування людини містять понад 50% води: овочі - 80-90%, м'ясо - 50%, молоко - 87-89% [16; ст. 10]

Незважаючи на величезні запаси води, прісна вода становить лише 2% від водних ресурсів планети, причому більша її кількість зосереджена в льодовиках. І лише 1% запасів прісної води складають поверхневі та підземні води. Саме ці джерела використовує людство для своїх потреб [1; ст148].

У зв'язку з посиленням антропогенного навантаження та зростанням забруднення довкілля широкої актуальності набула проблема якості води. Нині більшість водойм одночасно є джерелами водопостачання й приймачами господарсько - побутових та промислових скидів. Антропогенні перетворення континентальних вод досягли глобальних масштабів, що стало причиною порушення природних режимів водних об'єктів. Цьому сприяє будівництво гідротехнічних споруд, збільшення площ випаровування за рахунок зрошення та забруднення континентальних вод.

Забруднення водних об'єктів становить небезпеку для здоров'я не лише внаслідок зміни якості води, але й в результаті накопичення токсичних речовин у рибі та інших водних організмах, які людина вживає в їжу. Саме тому за масштабами розповсюдження, силою впливу та віддаленими наслідками токсичне забруднення є головним.

Вивчення екологічної безпеки води є надзвичайно важливим, оскільки 80% усіх хвороб та третина смертельних випадків викликані споживанням неякісної води [17; ст. 20].

Мета роботи - виявлення умов формування токсичності поверхневих вод та закономірностей токсичного впливу водного середовища на живі організми.

Для досягнення поставленої мети необхідно виконати наступні завдання:

· дослідити сучасний стан поверхневих вод суші України;

· з'ясувати зміст поняття «токсичність речовини»;

· розглянути критерії та показники токсичності;

· визначити пріоритетні токсиканти водного середовища;

· з'ясувати реакцію гідробіонтів на токсичні впливи;

· визначити методи оцінки токсичності води.

Об'єкт дослідження - поверхневі води суші.

Предмет дослідження - умови формування токсичності водного середовища та реагування організму на токсичність води.

Методи дослідження. В даній роботі використано метод обробки літературних джерел. Робота написана за матеріалами наукової та науково-методичної літератури, довідкових джерел.

1. Сучасний стан поверхневих вод суші

1.1 Загальна гідрографічна характеристика поверхневих вод суші

токсикант поверхневий вода екологічний

Континентальні води України представлені природними водними об'єктами (річки, озера, болота) та штучно створеними водосховищами річкового типу, водоймами-охолоджувачами теплових і атомних електростанцій, ставами рибогосподарського призначення, каналами територіального перекидання водного стоку.

Річка - водотік значних розмірів, що живиться атмосферними опадами свого водозбору та має чітко виявлене русло. По території України протікає 63119 річок, із них довжиною 10 км і більше - 3302, які формують густу сітку водотоків, загальною довжиною понад 206,0 тис. км та густотою річкової мережі 0,25 км на 1 км? території.

В Україні налічується 63 029 малих річок, 81 - середніх, 9 - великих. Великі річки - Дніпро, Прип'ять, Десна, Дунай, Тиса, Дністер, Південний Буг, Західний Буг, Сіверський Донець [15; ст. 498-499].

Озеро - природна западина на земній поверхні різної величини і форми, заповнена прісними або солоними водами з уповільненими водообміном. Озера належать до водойм з уповільненим водообміном і відрізняються від річок неоднорідністю водної маси. Озера не мають прямого зв'язку з океаном.

На території України налічується близько 20 тис. озер та лиманів із площею дзеркала 4021,5 км². Найбільше за площею прісне озеро Ялпуг (149 км²), солоне - оз. Сасик (210 км²) і Молочне (170 км²). На Україні більша кількість озер (7 тис.) з площею дзеркала 0,1 км² [8; ст. 72].

Озера на території України - в основному прісноводні (мінералізація до 0.5%) та солонуваті (0,5 - 16,0%). Є й солоні озера (16 - 17%), які розташовані у степовій зоні Азово - Чорноморського узбережжя [15; ст. 587].

Болото - надмірно зволожена земельна ділянка із застояним водним режимом, яка має шар торфу не менше 30 см і вкрита специфічною рослинністю [8; ст. 94].

Для території України характерна невисока заболоченість і заторфованість. Із 4 190 тис. га загальної площі боліт і перезволожених земель (1.7% території), торфоболотні землі і болота складають 613 тис. га, заболочені землі 745 тис. га і перезволожені землі - 2834 тис. га [15; ст. 595].

Водосховище - штучна водойма, яка створена водопідпірною спорудою на водотоці для накопичення, зберігання води та регулювання стоку. В Україні споруджено 1157 водосховищ. Водосховища, площа яких не перевершує 1 км?, називаються ставками. В Україні налічується 28,8 тис. ставків [8; ст. 88-89].

На півдні України створена ціла система каналів, якими подається вода у маловодний Крим, промислові центри Донбасу і Кривбасу, на зрошувальні землі Миколаївської, Одеської, Херсонської та інших областей. Довжина магістральних і розподільних каналів України становить близько 300 тис. км. Найбільшими каналами є Північно-Кримський (400 км), Дніпро-Донбас (263 км), Сіверський Донець - Донбас (131,6 км), Головний Косовський магістральний канал (129,7 км) та інші [15; ст. 627].

1.2 Джерела забруднення поверхневих вод суші

Процеси забруднення гідросфери пов'язані з різними чинниками, проте основними джерелами є промислові підприємства, річковий транспорт, сільське та комунальне господарство. Крім того, поверхневі води можуть забруднюватись через атмосферні опади, внаслідок скидання теплих вод, які використовуються для охолодження на ТЕС і АЕС, міськими зливовими стоками, хімікатами під час їх транспортування, водами шахт і рудників. Також для України після аварії на Чорнобильській АЕС в 1986 році постало питання радіоактивного забруднення.

Всі різноманітні забруднюючі речовини, які потрапляють до поверхневих вод, можна представити наступною схемою (рис. 1.1).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1.1 - Забруднюючі речовини поверхневих вод [17; ст. 70]

Отже, як видно з рисунку 1.1, поверхневі води є акумуляторами досить великої кількості різноманітних забруднюючих та токсичних речовин різного походження.

Надзвичайно великої шкоди водоймам та водотокам завдають неочищені стічні води. В Україні скидається у водні об'єкти близько 17,4 км ³ стічних вод за рік, які містять 5273 тис. т розчинених речовин [4; ст. 271].

Промислові стічні води забруднюють екосистеми найрізноманітнішими компонентами в залежності від специфіки галузей промисловості. В таблиці 1.1 наведені пріоритетні забруднювачі водних екосистем за галузями промисловості.

Таблиця 1.1 - Пріоритетні забруднювачі водних екосистем за галузями промисловості [9; ст. 32]

Галузь промисловості	Пріоритетні забруднювачі
Нафтогазове видобування, нафтопереробка	нафтопродукти, СПАР, феноли, амонійні солі, сульфіди
Целюлозно-паперова, лісова промисловість	сульфати, органічні речовини, азот, лігніни, смоли та жири
Машинобудування, металообробка, металургія	важкі метали, завислі речовини, фториди, ціаніди, амонійний азот, нафтопродукти, смоли, фенол
Хімічна промисловість	феноли, нафтопродукти, СПАР, ароматичні вуглеводні, неорганіка
Гірничо-видобувна, вугільна промисловість	флотореагенти, неорганіка, феноли, завислі речовини
Легка, текстильна, харчова промисловість	СПАР, нафтопродукти, органічні фарбники, іншу органічні речовини

З таблиці 1.1 можна зробити висновок, що промислові підприємства скидають у поверхневі води велику різноманітність небезпечних токсичних речовин специфічної дії, що ускладнює їх детоксикацію.

Основні чинники впливу сільськогосподарського виробництва на поверхневі води - це внесення добрив, отрутохімікатів, тваринницькі комплекси та ерозія ґрунту. Щорічні надходження мінеральних добрив на поля в Україні становлять більше 90 тис т. пестицидів - 4,5 млн. т Із них лише 5 - 10% поглинається рослинами, решта 90 -95% змивається дощами й талими водами, здувається вітрами й потрапляє в річки, озера, ґрунтові води, стаючи шкідливими компонентами екосистеми. Із 170 найменувань отрутохімікатів, які використовуються в Україні 49 є особливо небезпечними [1; ст. 350].

У результаті сьогодні водойми забруднені сполуками азоту, фосфору, калію, часто радіоактивними елементами (містяться у фосфорних мінеральних добривах), іноді важкими металами (міддю, цинком). Сумарна міграція азоту вниз із ґрунтового шару може становити 10 - 80%, калію -30%, фосфору - 6%. Причому втрати добрив на легких піщаних ґрунтах у 8 - 12 разів більші, ніж на важких глинястих [4; ст. 275].

Дуже напружена екологічна обстановка склалась навколо ферм і тваринницьких комплексів, яких в Україні налічується понад 45 тис. річний вихід гною становить близько 300 млн. м?, де вміст азоту - до 1,5 млн. т. Не менше 10% цього азоту в процесі зберігання, транспортування та утилізації зливається та фільтрується в поверхневі води. У перерахунку на нітратне забруднення в навколишнє середовище щорічно надходить 450 тис. т азотних сполук [4; ст. 276]. У водоймах, які забруднюються стічними водами тваринницьких комплексів, вміст аміаку може коливатись від 0,05 до 1,0 мг/дм? і більше, нітритів - від 0,01 до 0,09 і вище, нітратів - до 5 -10 мг/дм? [7; ст. 163].

Приблизно 90% води, що використовується в містах, викидається в забрудненому стані в річки та водойми. Середня концентрація забруднюючих речовин в стічних водах комунально-побутового сектора становить близько 1 кг/м3, причому близько 50% речовин знаходиться в розчиненому стані.

Щорічно у водойми України скидається близько 4 млрд. м3 забруднених стоків. Теоретично наявні методи дають можливість очистити стічні води на 95-96%, але на практиці - 70-85%. Найбільшу кількість стічних вод скидають міста Маріуполь (253,8 млн. м3), Дніпропетровськ (188 млн. м3), Запоріжжя (65 млн. м3), Київ (29 млн. м3). основні причини забруднення - застаріле обладнання, відсутність очисних споруд, аварійні скиди (їх буває понад 250 на рік) [15; ст. 351-352].

1.3 Екологічні проблеми поверхневих вод

Вже нині в багатьох країнах та південних районах України спостерігається нестача води. Дефіцит води в Україні зараз становить близько 4 млрд. м3. Більш як 800 сіл втратили власні джерела питної води [1; ст. 353].

Середня водозабезпеченість місцевими водними ресурсами становить близько 1 тис. м3 на одного жителя в рік. За запасами водних ресурсів Україна вважається однією з найменш забезпечених країн у Європі (Швеція - 2,5 тис. м3, Великобританія -5,0 тис. м3, Франція - 3,5 тис. м3). В окремих областях України водозабезпеченість місцевими ресурсами відрізняється в 57 разів і змінюється від 0,14 км³ (Херсонська область) до 60 км³ (Закарпатська область) [8; ст. 163].

За даними Національної доповіді про стан навколишнього середовища в Україні в 2006 році основними водокористувачами є підприємства промисловості - 4475 млн. м³, сільське господарство - 2395 млн. м³ та житлово-комунальне господарство - 2294 млн. м³. Загалом у користуванні було залучено 9335 млн. м³ води. Співвідношення використання води основними галузями економіки України зображена на рисунку 1.2.

Рисунок 1.2 - Співвідношення використання води основними галузями економіки України (без урахування морської води)

Стічні води з сільськогосподарських полів і тваринницьких ферм, підприємств деяких галузей промисловості, комунального господарства несуть у своєму складі багато біогенних речовин - органічних сполук нітрогену, фосфору, калію. Зростання вмісту біогенних елементів, особливо фосфатів, у ріках, озерах та інших водоймах спричинює інтенсивний розвиток синьо-зелених та деяких інших видів водоростей («цвітіння» води). Це явище супроводжується різким зниженням вмісту кисню. Вода стає непридатною життя гідробіонтів, гине риба. У водоймах починають переважати анаеробні процеси, результатами яких є виділення в навколишнє середовище сірководню, метану та інших забруднюючих речовин. Це явище називають евтрофікацією.

Евтрофікація - явище оборотне. Ефективними засобами боротьби є припинення надходження біогенних елементів у водойми, очищення стічних вод, агротехнічні та лісомеліоративні заходи і збагачення води киснем (аерація) [7; ст. 169].

Природні води знаходяться в стані асидифікації (збільшення кислотної реакції - рН < 5.0). Для водного середовища оптимальним є значення рН в межах 6-8. При асидифікації збільшується токсичність багатьох важких металів (свинцю, алюмінію), що призводить до зміни флори та фауни. Популяції риб гинуть, обмежується репродуктивна здатність земноводних [3; ст. 164].

Починаючи з 40-х років ХХ століття, внаслідок випробування і застосування у військових цілях ядерної зброї, розвитку атомної енергетики, широкого використання джерел іонізуючого випромінювання у медицині, техніці почало прогресувати забруднення водойм радіонуклідами. Особливу небезпечні трансуранові елементи, які утворюються з ядерного палива, зокрема радіонукліди нептунію, плутонію та америцію. Трансуранові елементи відзначаються високою токсичністю і тривалим періодом піврозпаду, таким чином становлячи тривало діючу небезпеку. Особливу небезпеку становлять штучні аналоги хімічних елементів, незамінних у метаболізмі організмів. Це 90Sr, 140Ba-Ca, 137Cs-K. Донні відклади водойм-охолоджувачів при атомних електростанціях містять 3H, 14C, 90Sr, 131I, 134Cs, 137Cs та інші радіонукліди [15; ст. 465-467].

2. Загальна характеристика токсичності

2.1 Поняття про токсичність речовини

Головним проявом небезпечності забруднення навколишнього середовища є токсична дія деяких речовин.

Токсичність - здатність хімічних речовин викликати при їх надходженні до організму порушення життєво важливих функцій і створювати небезпеку для життя. Речовини, які проявляють таку дію, називаються токсикантами, а сам процес надходження отруйних речовин у навколишнє середовище - токсифікацією [13; ст. 9].

Токсичні речовини бувають органічного (токсини) і неорганічного (ксенобіотики) походження.

Токсини - токсичні продукти (поліпептиди і білки) обміну речовин, що виділяються отруйними рослинами, паразитами, патогенними бактеріями, скорпіонами, деякими рибами та іншими [5; ст. 316].

Ксенобіотики - будь-яка чужорідна організму речовина (пестициди, препарати побутової хімії та інші забруднювачі), яка може викликати порушення біотичних процесів, у тому числі захворювання і загибель живих організмів [11; ст. 134].

При оцінці токсичності та нормуванні шкідливих речовин необхідно використання показників токсичності - кількісних показників токсичності та небезпечності шкідливих речовин. [6; ст. 95]. Таким первинним критерієм є смертність (летальність) - кількісний показник можливого зменшення природної популяції або лабораторної культури під впливом певних концентрацій хімічних речовин за визначений проміжок часу.

Під чутливістю розуміють видову властивість виду реагувати на мінімальні концентрації токсиканта, під стійкістю (резистентністю) - здатність витримувати максимальні концентрації токсичних речовин, а під витривалістю (толерантністю) - діапазон коливань концентрації токсичних речовин, яку може витримувати організм [15; ст. 440-442].

При кількісній оцінці дії токсиканта враховується концентрація токсиканта та його доза. Розрізняють середню (ЛК₅₀) та максимальну (ЛК₁₀₀) летальні концентрації - летальні концентрації речовини, які викликають при потраплянні в організм загибель відповідно 50% та 100% тварин [11; ст. 136].

Доза - маса токсиканта, яка припадає на одиницю маси організму. Токсичність речовини нероздільно пов'язана з індивідуальною біомасою організму, на який вона діє. Концентрація, нетоксична для великого організму, може бути смертельною для маленького.

Виділяють середню (ЛД50) та максимальну (ЛД100) летальну дозу - таку кількість речовини, отриману однією дозою, яка викликає загибель відповідно 50% та 100% піддослідних тварин тестової популяції (60-200 тварин) протягом 14 діб [11; ст. 137].

Мінімальна доза, при впливі якої в організмі виникають зміни біологічних показників, що виходять за межі пристосувальних реакцій, або виникає прихована патологія, називається порогом шкідливої дії отрут [11; ст. 207].

Для запобігання негативного впливу токсикантів на організм необхідно регламентувати їх допустимий вміст в об'єктах навколишнього середовища. Тому використовують поняття ГДК (гранично допустима концентрація) - кількість шкідливої речовини в навколишньому середовищі, яка при постійному контакті або дії за певний час практично впливає на здоров'я людини і яка не викликає несприятливих наслідків для її потомства [11; ст. 124].

Обґрунтування заходів з профілактики негативного впливу хімічних забруднювачів навколишнього середовища, створення сприятливих умов для життя та діяльності людини, розвитку та функціонування організмів тваринного та рослинного походження є основними завданнями екологічної токсикології - міждисциплінарного наукового напрямку, який вивчає закони взаємодії організму (в тому числі і на популяційному рівні) людини, тварини та рослин з отрутами, що надходять до нього з навколишнього середовища, негативний вплив токсикантів як на окремий організм, так і на біоценози і всю біосферу в цілому, та розробляє принципи профілактики цього впливу [13; ст. 6-7].

2.2 Класифікація токсикантів

Нині існує дві основні класифікації токсикантів:

1. Загальна (базується на сучасному принципі оцінки, який підходить для всіх без винятку хімічних речовин):

- хімічна (за хімічними властивостями);

- практична (за метою використання);

- гігієнічна (за ступенем токсичності);

- токсикологічна (за видом токсичної дії).

2. Спеціальна (висвітлює зв'язок між окремими фізико-хімічними та іншими ознаками речовин і проявами їх токсичності):

- патофізіологічна (за типом патології, що виникає);

- патохімічна (за механізмами взаємодії за ферментними системами та характером біологічних наслідків отруєнь);

- класифікація за ступенем канцерогенної активності [13; ст. 11].

Класифікація речовин за ступенем (класом) токсичності подана в таблиці 2.1.

Таблиця 2.1 - Класифікація речовин за ступенем (класом) токсичності

Клас токсичності	ЛД50 для люди - ни (мг/кг маси)	Сер.смерт. доза	Приклади
Зверх токсичні	менше 0,01	менше 1 краплі	нервово-паралітичні гази, діоксин
Украй токсичні	менше 5	менше 7 крапель	ціаністий калій, героїн, нікотин, атропін
Дуже токсичні	5-50	від 7 крап. до 1 ч. лож.	солі ртуті, морфій, кодеїн
Токсичні	50-500	від 1 ч. лож. до 28-29 г	солі свинцю, ДДТ, сірчиста кислота, тетрахлорвуглевод, кофеїн, гідроксид натрію
Помірно токсичні	500-5000	від 28-29 г. до 0,47 л	метиловий спирт, керосин, аспірин, ефір, фенобарбітал
Мало токсичні	5000-15000	від 0,47 л до 1,14 л	етиловий спирт, мило
Практично не токсичні	15000 і більше	більше 1 ложки	гліцерин, цукор, вода

З таблиці 2.1 випливає, що чим меншою є летальна доза, тим більшим токсичним ефектом володіє речовина. Найбільш небезпечними для здоров'я людини є нервово-паралітичні гази, діоксини та ціаністий калій.

Найбільше значення має токсикологічна класифікація, тобто розподіл хімічних речовин за характером їх токсичної дії на організм, яка наведена в таблиці 2.2.

Таблиця 2.2 - Токсикологічна класифікація речовин [13]

Загальний характер токсичної дії	Характерні представники
Нервово-паралітична дія (бронхоспазми, судоми, паралічі)	Фосфорорганічні пестициди, хлороформ, карбофос, нікотин, анабазин, БОР (бойові отруйні речовини: зарин, зоман та ін.)
Шкірно-резорбтивна дія (місцеві запальні та некротоксичні зміни разом з загально токсичною резорбтивною дією)	Дихлоретан, гексахлоран, БОР (іприт, люїзит), оцтова кислота, миш'як та його сполуки, ртуть (сулема)
Загально токсична дія (гіпоксичні судоми, кома, паралічі)	Синильна кислота та її похідні, чадний газ, алкоголь та його сурогати, БОР (хлорцитан)
Сльозоточива та подразнююча дія (подразнення зовнішніх слизових оболонок)	Хлорпікрин, БОР (Сі-ЕС, адамсит і т.д.), пари міцних кислот та лугів
Психотропна дія (порушення психічної активності, свідомості)	Наркотики (кокаїн, опіум), атропін, БОР (Бі-Зет, ЛСД-діетиламід лизергінової кислоти)

Як видно з таблиці 2.2, токсикологічна класифікація дає змогу поставити первинний клітинний діагноз отруєння, розробити принципи профілактики та лікування токсичних уражень та визначити механізм їх розвитку.

Зазвичай токсикологічна класифікація деталізується за рахунок додаткової інформації про їх «вибіркову токсичність». Слід пам'ятати, що «вибіркова» токсична дія не вичерпує всього багатства клінічних проявів конкретної інтоксикації, а лише вказує на безпосередню небезпечність для органу чи системи організму, місце токсичного ураження.

2.3 Токсичні ефекти речовини

Патологічний стан, що виникає внаслідок взаємодії токсиканта з організмом, називається інтоксикацією [13; ст. 9].

Надходження в організм шкідливої речовини у відносно великих кількостях може відбуватись через легені при високих концентраціях у повітрі; через кишково-шлунковий тракт при надходженні всередину; через шкіру при забрудненні шкіряного покриву [6; ст. 95].

Токсичний ефект залежить від хімічної природи отруйної речовини, її вмісту в середовищі, особливостей будови та функціонування організму, віку, статі, абіотичних факторів середовища, а також від тривалості дії отрути.

Концентрація токсиканта і час його впливу на організм пов'язані між собою наступною залежністю (рівняння Хабера):

T = Ct,

де T - токсичність,

C - концентрація,

t - час впливу токсиканта.

Як випливає з цього рівняння, малі концентрації за тривалий час зрештою впливають так само, як і великі за короткий час [15; ст. 438].

Виділяють гостру та хронічну токсичність. Гостра токсичність виникає безпосередньо після дії великих доз токсикантів і супроводжується порушенням функцій життєво важливих органів.

Хронічна токсичність виникає поступово, при тривалому надходженню токсиканта в організм у відносно невеликих кількостях. При хронічній інтоксикації вирішальну роль відіграє здатність речовини проявляти кумулятивні властивості - накопичуватись в організмі та передаватись по харчовим ланцюгам. Тому для багатьох токсикантів розраховуються коефіцієнти кумуляції (КК) - відношення дози чи концентрації, яка викликає певний токсичний ефект при одноразовій дії, до сумарної дози чи концентрації речовини, яка викликає той же ефект за умов багаторазової дії [13; ст. 10]. Крім явища кумуляції при повторній дії одного і того ж токсиканта на організм в субтоксичній дозі може розвинутись сенсибілізація (посилення ефекту токсиканта) чи звикання (ослаблення токсичного ефекту).

Токсичний ефект виявляється по-різному на генному, організменному та неорганізменному рівнях. У залежності від віддалених наслідків впливу розрізняють наступні основні типи дії ксенобіотиків на організм:

· канцерогенна (виникнення ракових пухлин);

· мутагенна (якісні ті кількісні зміни в генетичному апараті клітини);

· тератогенна (аномалії розвитку плоду та потомства).

В залежності від ефекту виділяють адиптивну, синергітичну, антагоністичну та незалежну дію. При адиптивній дії сумарний ефект суміші токсикантів дорівнює сумі ефектів діючих компонентів.

При синергізмі компоненти суміші діють так, що одна речовина посилює дію іншої. Ефект синергізму більший, ніж при адиптивній дії.

Антагоністична дія - ефект комбінованої дії менший очікуваного; компоненти суміші діють так, що одна речовина послаблює дію іншої.

При незалежній дії ефект не відрізняється від ізольованої дії кожної речовини окремо [6; ст. 100-102].

3. Токсичність водного середовища

3.1 Пріоритетні токсиканти водного середовища

Серед токсикантів, що найчастіше зустрічаються у водоймах, виділяють пріоритетний ряд: нафта і нафтопродукти, важкі метали, пестициди і поверхнево-активні речовини.

Розчинність у воді нафтових ароматичних вуглеводнів представляє найбільшу небезпеку для водного середовища. Якщо вміст вуглеводнів в середовищі 10-7%, вони можуть поглинатись організмом та накопичуватись в різних тканинах. Смерть водних організмів може настати протягом декількох годин після контакту з розчинними ароматичними вуглеводнями, вміст яких становить 10-4 - 10-2%. Смертельні концентрації для ікри та мальків - 10-5%. Таким чином, ікринки та мальки в 10-100 разів чутливіші за дорослих особин.

Представники фітопланктону є дуже чутливими до нафтового забруднення. Клітини водоростей гинуть при концентрації 1,0-0,00001 мг/л, причому у деяких водоростей спостерігається відсутність поділу клітин. У багатьох водоростей зменшується інтенсивність фотосинтезу, розмноження, понижується виживання та первинна продукція. Нафта за 1 добу викликає зниження первинної продукції на 50%.

Вплив нафтопродуктів на клітини гідробіонтів обумовлений тим, що відбувається руйнування ліпопротеїдного комплексу, внаслідок чого порушуються біохімічні процеси в клітинах та синтез нуклеїнових кислот [17; ст. 72-74].

Досить серйозну небезпеку представляє забруднення водойм важкими металами, які, на відміну від органічних сполук, не можуть бути біохімічно розкладені, накопичуються в біоті та передаватись по трофічним ланцюгам.

Свинець досить токсичний для людини, оскільки порушує обмін речовин, інгібірує ферменти. Особливо небезпечна дія свинцю на маленьких дітей, він викликає розумову відсталість, хронічні захворювання мозку, заміщує кальцій в кістках. Виникають зміни збоку крові, такі як анемія, ретикулоцитоз та базофільна зернистість еритроцитів, з'являється гематопорфірин в сечі [16; ст. 58-60].

Другим досить токсичним металом є ртуть. Ртуть потрапляє у водойми у вигляді Hg+2, потім вона швидко взаємодіє з органічними речовинами і переходить в токсичні метилртуть і діметилртуть. Встановлено, що ртуть акумулюється в молюсках та рибах. Вміст ртуть в морських рибах, впійманих в індустріальних районах, в середньому становить 0,5*10-4%, причому придонні риби містять більше ртуті, ніж вільно плаваючі [17; ст. 78-79].

Ртуть і ртутьорганічні сполуки є досить сильнодіючими цитоплазматичними отрутами, які впливають на тіолові групи ферментів, що каталізують різні види обміну речовин в організмі. Інтоксикація сполуками ртуті викликає різні порушення з боку центральної нервової системи, в серці та судинах, в органах кровообігу та в крові, шлунку, печінці, сечовидільних шляхах. При взаємодії ртутьорганічних сполук з альбуміном крові утворюється альбумінат ртуті, що у свою чергу може призводити до алергізації організму. Ртуть має гонадотоксичну, ембріотоксичну та мутагенну дію [13; ст. 96-97].

Серйозну небезпеку представляють забруднення такими металами, як кадмій та цинк, солі яких інгібірують ДНК-полімеразу, порушують синтез ДНК, взаємодіють з високомолекулярними білками, блокують сульфідгідрідні групи білків, порушують обмін заліза і кальцію [17; ст. 80].

Сполуки миш'яку є високотоксичними речовинами, які володіють капіляротоксичним ефектом, викликають порушення процесів обміну речовин, ураження нервової системи, органів кровообігу, шлунково-кишкового тракту, інгібірують різні ферменти, впливають на мітоз, синтез ДНК, порушують процес утворення АТФ і АДФ. Арсенат кальцію може накопичуватись в організмі [16; ст. 63].

Пестициди представляють собою чи не найбільшу небезпеку для гідробіонтів. Однією з особливостей пестицидів є їх здатність до накопичення в організмі. Деякі з хлорорганічнічних пестицидів, такі як алдрін, ділдрін, належать до сильнодіючих токсичних речовин. Вони викликають гострі та хронічні отруєння з ураженням печінки, центральної та периферичної нервової систем. Хлорпохідні пестицидів розчиняються в жировій оболонці, що оточує нервові волокна, та впливають на переніс іонів, що призводить до загибелі.

Фосфорорганічні пестициди мають паралізуючу дію на фермент ацетилхолінестаразу, появі по сторонніх нервових імпульсів, судом, конвульсій, паралічу.

Гостре отруєння ртутьорганічними пестицидами позначається ураженням нервової системи, накопиченням в органах і тканинах, багатих на ліпіди, супроводжується розладами серцево-судинної системи, печінки, шлунку, змінами в кістковому мозку та периферичній крові.

Пестициди на основі карбамінової кислоти мають середню та малу токсичність, здатні викликати мутагенний та ембріонотоксичний ефект [13; ст. 100-101].

Результатом біологічної дії стійких пестицидів є зниження репродукції хижих птахів (коричневий пелікан, буревісник, скопа, орел). Причина гибелі гідробіонтів - зниження імунітету до хвороб, зменшення товщини зябрових мембран, патологічні зміни в крові, порушення репродуктивної функції.

Стічні води міст містять дуже небезпечні речовини - детергенти, або синтетичні поверхнево-активні речовини (СПАР), які є сильними токсикантами, стійкими до процесів біологічного розпаду. Вони широко використовуються в побуті та багатьох галузях промисловості як миючі засоби, емульгатори, вспінювачі. Води погано піддаються очищенню від детергентів і у водойми викидається до 50-60% їх первинної кількості. Концентрація їх в міських стоках становить в середньому 4-6 мг/л, а в річкових водах - 0,3-1,5 мг/л при ГДК - 0,3 мг/л [12; ст. 46].

3.2 Реакція гідробіонтів на токсичні впливи

Токсичне забруднення є головним як за масштабами розповсюдження, так і за силою впливу. Уже сьогодні воно викликає багато негативних ефектів. За віддаленими наслідками воно небезпечне для людини, яка вживає в їжу водні організми, що містять підвищені концентрації важких металів (ртуть, свинець), пестицидів (ДДТ та ін.), радіоактивних та інших речовин.

Токсобність води залежить від багатьох абіотичних факторів середовища: вмісту кисню, рН, лужності, вмісту діоксиду вуглецю, загального вмісту органічних речовин у волі, її жорсткості, солоності, температури та освітленості. Остання має особливе значення для водоростей і вищих водних рослин.

На фоні кисневого дефіциту інтоксикація розвивається особливо гостро. При температурі <10°C прояви токсичності значно менш виражені, ніж, наприклад при 20°С. У зимовий період дія хімічних речовин менше помітні. При скиданні підігрітих вод ТЕС і АЕС навіть невеликі концентрації речовини стають гостро токсичними для багатьох гідробіонтів. Наприклад, токсичність міді і кадмію збільшується на три порядки. Чим нижчий рівень рН та жорсткість води, тим більший токсичний ефект важких металів [15; ст. 439]

У водних рослин найбільш показовою реакцією на токсичні впливи є зниження інтенсивності фотосинтезу. При цьому у водоймах виникають кисневі дефіцити і рослина гине.

Вищі водні рослини проходять певні стадії відмирання: спочатку змінюється забарвлення листя із зеленого на жовте, буре або коричневе, потім листя в'яне, втрачається тургор.

У тварин гостре отруєння найчастіше закінчується смертю. При хронічному виникають різні порушення життєдіяльності, аномалії поведінки, зменшення плодючості ряду поколінь, судороги, гальмування пересування у воді, зміна положення або забарвлення тіла, асфіксія [15; ст. 437].

У водних екосистемах відбуваються різні процеси, які протидіють токсифікації і спрямовані на відновлення порушеної рівноваги. У ході фізико-хімічних та біологічних процесів токсиканти тим або іншим шляхом виводяться з водного середовища: розкладаються, седиментуються у донних відкладах, зв'язуються в неактивні комплексні сполуки. Весь комплекс цих процесів називається детоксикацією (самоочищенням від токсикантів).

У річках водні маси, забруднені токсикантами, переносяться в пониззя, де вони осідають при зменшенні швидкості течії або виносяться в море. Наслідком цього є забруднення і токсифікація морських вод. Аналогічна ситуація виникає у водосховищах, де внаслідок зниження швидкості течії осаджуються завислі частинки, принесені притоками. Саме тому водосховища накопичують токсиканти [15; ст. 458].

3.3 Методи оцінки та контролю токсичності водного середовища

При оцінці хімічного забруднення водного середовища широко застосовують різні хіміко-аналітичні методики (спектрометрію, паперову та газову хроматографію, мас-спектрометрію та ін.). вони дають змогу встановити фактичне значення концентрацій різноманітних речовин. Для встановлення токсичності забрудненої води та ступеня її небезпеки використовують біологічні методи (біотестування та біоіндикацію), в основу яких покладена реакція гідробіонтів на забруднення води.

Біотестування - процедура встановлення в контрольованих умовах токсичності хімічних речовин, яка ґрунтується на оцінці зміни життєво важливих функцій або виявленні смертельної дії на організми (тест-об'єкти або тест-культури) [15; ст. 445].

Біоіндикація - виявлення і визначення біологічно й екологічно значних антропогенних навантажень на основі реакцій на них живих організмів [11; ст. 25].

Л.П. Брагинський пропонує в якості тест-об'єктів обирати таких гідробіонтів:

1) чисельність та біомаса яких при дії токсикантів значно відрізняється від цих же показників для контрольних організмів;

2) які взагалі зникають із складу біоценозу при дії токсиканта;

3) помітно змінюють свій зовнішній вигляд [17; ст. 86].

Нині в якості тест-об'єктів та біоіндикаторів використовується понад 1.5 тис. видів гідробіонтів, серед яких водорості, бактерії, безхребетні і риби. Проте особливо чутливими є гіллястовусі рачки, головним чином дафнії [15; ст. 448].

Біологічні методи дозволяють виявити місця накопичення токсикантів, простежити динаміку змін у навколишньому середовищі, визначити ступінь небезпечності речовин для живих організмів та спрогнозувати подальший розвиток екосистеми.

Висновки

токсикант поверхневий вода екологічний

Внаслідок проведених досліджень було встановлено:

ь континентальні водні об'єкти України представлені природними водами (річки, озера, болота) та штучно створеними водосховищами річкового типу, водоймами-охолоджувачами теплових і атомних електростанцій, ставами рибогосподарського призначення, каналами територіального перекидання водного стоку;

ь на території України налічується 63119 річок, близько 20 тис. озер та лиманів, 4 190 тис. га боліт і перезволожених земель, 1157 водосховищ, 28,8 тис. ставків;

ь основними джерелами забруднення поверхневих вод є промислові підприємства, річковий транспорт, сільське та комунальне господарство, а також атмосферні опади, скидання теплих вод, які використовуються для охолодження на ТЕС і АЕС, міські зливі стоки, хімікати, води шахт і рудників;

ь за запасами водних ресурсів Україна вважається однією з найменш забезпечених країн у Європі;

ь дефіцит води в Україні зараз становить близько 4 млрд. м3;

ь основними екологічними проблемами поверхневих вод є вододефіцит, евтрофікація, асидифікація та радіоактивне забруднення донних відкладів;

ь токсичність - здатність хімічних речовин викликати при їх надходженні до організму порушення життєво важливих функцій і створювати небезпеку для життя;

ь токсичні речовини бувають органічного (токсини) і неорганічного (ксенобіотики) походження;

ь токсичність речовини нероздільно пов'язана з індивідуальною біомасою організму, на який вона діє;

ь при кількісній оцінці дії токсиканта враховується його доза та концентрація;

ь токсичний ефект залежить від хімічної природи речовини, її вмісту в середовищі, особливостей будови та функціонування організму, віку, статі, абіотичних факторів середовища та від тривалості дії отрути;

ь чим меншою є летальна доза, тим більшим токсичним ефектом володіє речовина;

ь виділяють гостру та хронічну токсичність;

ь ксенобіотики можуть чинити канцерогенний, мутагенний та патогенний вплив на живі організми;

ь пріоритетними токсикантами водного середовища є: нафта і нафтопродукти, важкі метали, пестициди і поверхнево-активні речовини;

ь токсобність води залежить від багатьох абіотичних факторів середовища: вмісту кисню, рН, лужності, вмісту діоксиду вуглецю, загального вмісту органічних речовин у волі, її жорсткості, солоності, температури та освітленості;

ь у водних рослин найбільш показовою реакцією на токсичні впливи є зниження інтенсивності фотосинтезу;

ь вищі водні рослини при дії токсиканта проходять певні стадії відмирання: спочатку змінюється забарвлення листя із зеленого на жовте, буре або коричневе, потім листя в'яне, втрачається тургор.

ь у тварин гостре отруєння найчастіше закінчується смертю. При хронічному виникають різні порушення життєдіяльності, аномалії поведінки, зменшення плодючості ряду поколінь, судороги, гальмування пересування у воді, зміна положення або забарвлення тіла, асфіксія;

ь для встановлення токсичності води та ступеня її небезпеки використовують біологічні методи (біоіндикацію та біотестування), в основу яких покладена реакція гідробіонтів на забруднення води.

Список використаної літератури

1. Білявський Г.О. та ін. Основи екології: Підручник / Г.О. Білявський, Р.С. Фурдуй, І.Ю. Костіков. - 3-тє вид. - К.: Либідь, 2006. - 408 с.

2. Биоиндикация и биомонторинг / Под ред. Д.А. Криволуцкого. - М.: Наука, 1991. - 288 с

3. Гэоекология: учебник для студентов вузов / Г.Н. Голубєв. - 2-е изд. испр. и доп. - М.: Аспект Пресс, 2006. - 288 с.

4. Горєв Л.М. та ін. Гідрохімія України: Підручник / Л.М. Горєв, В.І. Пелешенко, В.К. Хільчевський. - К.: Вища шк., 1995. - 307 с.: іл.

5. Экологический энциклопедический словарь: свыше 8 тыс. терминов / И.И. Дедю. - К.: Гл. ред. МСЭ. - 408 с.

6. Экология и проблемы безопасности товаров народного потребления Некос А.Н., Дудурич В.М.: Учебное пособие. Изд.2-е, перед. и допол. / Под общ. ред. В.Е. Некоса. - Х.: ХНУ имени В.Н. Каразина, 2007. - 380 с.

7. Запольський А.К., Салюк А.І. Основи екології: Підручник / За ред. К.М. Ситника. - 2-ге вид., допов. і переробл. - К.: Вища шк., 2004. - 382 с.: іл.

8. Клименко В.Г. Загальна гідрологія: Навчальний посібник для студентів - географів. - Х.: ХНУ імені В.Н. Каразіна, 2006. - 166 с.

9. Коробкин В.И., Передельский Л.В. Экология. - Ростов н / Д: изд-во «Феникс», 2001. - 576 с.

10. Національна доповідь про стан навколишнього природного середовища в Україні в 2006 році

11. Некос А.Н., Черкащина Н.І., Некос В.Ю. Екологія та неоекологія. Термінологічний українсько-російсько-англійський словник-довідник. - Вид. 3-є доп., англ. - Х.: ХНУ імені В.Н. Каразіна, 2009. - 478 с.

12. Орлов Д.С. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении: Учеб. пособие для хим., хим.-технол. и биол. спец. вузов / Д.С. Орлов, Л.К. Садовникова, И.Н. Лозановская. - М.: Высш. шк., 2002. - 334 с.: ил.

13. Основи загальної, екологічної та харчової токсикології. Посібник / О.І. Циганенко, І.І. Матасар, В.Ф. Тарбін. - К.: Чорнобильінтерінформ, 1998. - 173 с.

14. Промислова екологія: Навч. посіб. / С.О. Апотолюк, В.С. Джигирей, А.А. Апостолюк та ін. - К.: Знання, 2005. - 474 с.

15. Романенко В.Д. Основи гідроекології: Підручник. - К.: Обереги, 2001. - 728 с.: іл.

16. Сніжко С.І. Оцінка та прогнозування якості природних вод: Підручник. - К.: Ніка-центр, 2001. - 264 с.: іл.

17. Тимофеева С.С. Санитарно-техническая гидробиология и водная токсикология. - Иркутск.: Изд-во Иркут. Ун-та, 1986. - 128 с.

Размещено на Allbest.ru