Zatrucia metalami ciężkimi w
Polsce
Tomasz Cieśla
Miłosz Kotarba
Grzegorz Kubiak
Gr. 6A
Zatrucia metalami ciężkimi w
Polsce
Tomasz Cieśla
Miłosz Kotarba
Grzegorz Kubiak
Gr. 6A
Ogólna charakterystyka metali ciężkich ze
względu na ich toksyczność.
Metale ciężkie to pierwiastki o gęstości większej od 4,5
g/cm,
3
które w reakcjach chemicznych wykazują
tendencję do oddawania elektronów, tworząc proste
kationy.
W stanie stałym i ciekłym charakteryzują się dobrą
przewodnością cieplną i elektryczną, posiadają połysk i
są nieprzeźroczyste. Mają wysoką temperaturę
topnienia i wrzenia. Są kowalne i ciągliwe, a ich pary są
najczęściej jednoatomowe. Wykazują właściwości
redukujące. Do metali ciężkich zaliczamy: Cu, Co, Cr,
Cd, Fe, Zn, Pb, Sn, Hg, Mn, Ni, Mo, V,W oraz niemetal
Se.
Metale są bardzo rozpowszechnione w przyrodzie, gdzie
występują w postaci rud, ponieważ stan energetyczny ich
związków jest niższy, niż czystych pierwiastków. Metale w
postaci pierwiastkowej łatwo korodują , a więc wracają do
niższego stanu energetycznego. W stanie wolnym występują
tylko nieliczne metale np. platyna , złoto , srebro , rtęć, miedź, a
czasem żelazo.
Skażenie gleb metalami ciężkimi.
Gleby ulegają zanieczyszczeniu metalami ciężkimi w
wyniku opadania pyłów atmosferycznych, spływu ścieków,
migracji pierwiastków ze zwałowisk odpadów, zapylania z
rozwiewanych hałd, spalania materiałów pędnych. Najwyższe
stężenie metali ciężkich w glebach spotyka się w bezpośrednim
otoczeniu hut , zwałowisk odpadów górniczych, poflotacyjnych,
hutniczych, elektrowniach szlaków komunikacyjnych.
Stwierdzono, że w pobliżu hut występuje bardzo duże
zanieczyszczenie ołowiem. Pierwiastek ten kumuluje się w górnej
warstwie gleby i nie jest wymywany w głąb. W ten sposób jego
stężenie w otoczeniu zakładów przemysłowych jest bardzo
wysokie. Może to doprowadzić do zaniku roślinności, a zwłaszcza
lasów szpilkowych, które są szczególnie wrażliwe na ten rodzaj
zanieczyszczeń.
Wiązki przewodzące szpilek drzew rosnących na terenach
zanieczyszczonych metalami ciężkimi są niedrożne, gdyż jony
metali zatykają je i woda nie może przepływać. Zatkaniu ulegają
też aparaty szparkowe. Powoduje to usychanie i opadanie
szpilek.
Duży udział w zanieczyszczeniu gleby ma rolnictwo, które
wskutek postępującej chemizacji upraw pomniejsza żyzność
gleby oraz zanieczyszcza ją organicznymi składnikami
toksycznymi obecnymi w nawozach i środkach ochrony roślin, a
tym samym pogarsza jakość żywności i pasz. Ponadto do
zanieczyszczenia gleb przyczynia się odkrywkowa i podziemna
eksploatacja kopalin, działalność bytowa człowieka oraz
składowanie odpadów przemysłowych i bytowo – gospodarczych.
Podobnie transport , szczególnie samochodowy odgrywa dużą
rolę w rozwoju cywilizacji, jednak gleba położona w pobliżu
dużych szlaków komunikacyjnych jest skażana smarami,
węglowodorami rakotwórczymi, kauczukiem, azbestem, a przede
wszystkim ołowiem, który pochodzi ze środka przeciwstukowego
dodawanego do benzyny, jakim jest tetraetylek ołowiu Pb(C
2
H
5
)
4
.
Najsilniejsze zanieczyszczenie metalami ciężkimi (m.in. Pb. Zn,
Cd) występuje w pasie 10 – 20 m po obu stronach jezdni. W ten
sposób w Polsce w bezpośrednim zasięgu substancji
pochodzących ze spalin samochodowych zawierających Pb
znajduje się ok. 50 tys. ha gruntów rolnych i leśnych. Ze
względów zdrowotnych obszar ten powinien być wyłączony z
działalności rolniczej i hodowlanej, gdyż zatrute ołowiem rośliny
rosnące koło autostrad gromadzą ok. 300 ppm Pb, podczas, gdy
norma tego pierwiastka wynosi od 5 – 15 ppm. Dlatego mleko
krowy żywiącej się takimi roślinami jest bez wątpienia szkodliwe
dla zdrowia człowieka.
Jedną z najbardziej toksycznych dla środowiska substancji
jest kadm. Duże stężenie tego pierwiastka w glebach występuje
w rejonie koncentracji przemysłu hutniczego, metalurgicznego,
maszynowego i chemicznego. Innymi źródłami skażenia
środowiska kadmem są nawozy sztuczne, zwłaszcza fosforowe, a
także ścieki stosowane do nawożenia gleby.
Związki kadmu wprowadzane do gleby są na ogół łatwo
rozpuszczalne, zwłaszcza w środowisku kwaśnym i szybciej
wymywane w stosunku do innych metali. Bez względu na odczyn
gleb , metal ten jest łatwo pobierany przez rośliny. Do roślin
silnie kumulujących Cd należą : seler, sałata, rzodkiewka, burak
cukrowy, dlatego nie powinny być uprawiane na terenach
narażonych na zanieczyszczenie tym pierwiastkiem.
Obok Pb i Cd pierwiastkiem silnie toksycznym jest rtęć.
Źródłami skażenia środowiska tym metalem są procesy
technologiczne. Przemysł, a zwłaszcza hutnictwo metali
kolorowych emituje duże ilości cynku. Wysoką zawartość tego
pierwiastka w glebie stwierdza się na obszarach przemysłowych
oraz na terenach sąsiadujących z hałdami i pokładami rud cynku.
Cynk podobnie jak i inne metale ciężkie, kumuluje się w
próchniczym poziomie gleb. Zawartość tego pierwiastka w
glebie większa niż 100 ppm jest toksyczna dla organizmów.
Gleby skażone solami Zn, Cu, Pb, charakteryzują się słabym
rozwojem roślinności. Metale te gromadzą się w tkankach
roślinnych w postaci soli kwasów: szczawiowego, jabłkowego i
cytrynowego. Również sole Cd, Co i Ni gromadzą się wewnątrz
komórek roślinnych.
Tereny skażone metalami ciężkimi tworzą tzw. zieloną pustynię.
Rośliny tu rosnące wykazują zmieniony skład chemiczny, dużą
zawartość pierwiastków toksycznych. Są to tzw. chemotypy.
Niektóre rośliny wykazują zdolność odkładania metali
ciężkich na powierzchni liści, a stamtąd są usuwane przez wiatr
lub deszcz. Wiele roślin przetwarza szkodliwe pierwiastki
pobrane z gleby w substancje czynne fizjologicznie, np. selen,
który ma właściwości zbliżone do właściwości siarki i może być
wprowadzany przez rośliny zamiast niej w skład kwasów
tłuszczowych i aminokwasów. Dla roślin nie jest to szkodliwe,
stanowi jednak duże zagrożenie dla organizmów spożywających.
Ze względu na ich szerokie zastosowanie, metale są
powszechnymi zanieczyszczeniami ekosystemu, dlatego bardzo
ważna jest wiedza o ich właściwościach toksycznych.
Metale w postaci czystych pierwiastków raczej nie
wywierają działania trującego na organizm, ale ich pary mogą
łatwo wnikać do organizmu człowieka przez drogi oddechowe lub
skórę i wówczas stają się trucizną. W temperaturze wrzenia,
metale parują i przechodzą w tlenki pod postacią dymów, często
bardzo szkodliwych dla środowiska.
Najsilniejsze właściwości toksyczne mają
nieorganiczne związki metali, łatwo rozpuszczalne i silnie
dysocjujące, gdyż łatwo przenikają przez błony komórkowe i
dostają się do narządów wewnętrznych. Mogą one powodować
denaturację białek we krwi, ranach, błonie śluzowej, a w
roztworach stężonych, łączą się z białkiem i przenikają w głąb
zaatakowanej tkanki wywołując działanie żrące.
Każdy z metali działa na określone narządy wewnętrzne. I tak np.
- Zn, Co, Ni – uszkadza przede wszystkim wątrobę,
- Cu, Pb, Zn, Cd, Tl i Hg – uszkadzają mięsień sercowy,
- Pb, Hg, Cu –nabłonki cewek nerek,
- Bi, As, Mn, Fe, Au – ściany naczyń włosowatych,
- Pb i Hg – korę mózgową.
Ponadto również toksyczne są związki
metaloorganiczne, które wywołują objawy alergii.
Niektóre metale są rakotwórcze. Do nich należą: Cr,
Ni, Co, As, Hg, Pb, Cd oraz radioizotopy.
Wiele z pośród metali ciężkich to mikroelementy, które
w śladowych ilościach są niezbędne dla prawidłowego rozwoju
organizmów. Przekroczenie jednak dopuszczalnego stężenia tych
substancji powoduje, że stają się one toksyczne dla środowiska i
organizmów żywych.
Metale mogą wywoływać zatrucia ostre, od razu
widoczne, jak i zatrucia przewlekłe. Zatrucia ostre powodują
następujące metale: Bi, As, Zn, Cd, Cu, Hg.
Natomiast zatrucia przewlekłe mogą wywoływać m. in. As, Zn,
Cd, Cr, Cu, Hg, Pb, Sn, Co, Ni, Mn, Tl, Fe, Ag. Zatrucia
przewlekłe są bardzo niebezpieczne dla organizmu człowieka, a
szczególnie te, które wywołują zmiany mutagenne lub uszkadzają
mózg.
Metale najbardziej toksyczne.
Do najbardziej toksycznych metali należy : ołów Pb, rtęć
Hg, i kadm Cd. Są to pierwiastki wybitnie kancerogenne, które
występując w środowisku w dawkach wyższych niż NDS
(najwyższe dopuszczalne stężenie) powodują najczęściej
powstawanie nowotworów.
I tak:
Ołów - największe zatrucie ołowiem wśród roślin, zwierząt
i ludzi występuje w rejonach wydobycia oraz przetwarzania rud
ołowiu i miedzi. Ołów wywołuje chlorozę liści roślin przez
wypieranie z chlorofilu magnezu. Skażenie ołowiem wód rzek
i innych zbiorników wodnych powoduje zatrucie ryb.
Najbardziej powszechne zatrucie ołowiem powstaje w dużych
aglomeracjach miejskich oraz w rejonach dróg o nasilonym
ruchu samochodowym z powodu zatrucia spalinami
samochodowymi.
Kadm - dostaje się do organizmu drogą oddechową i
pokarmową. Pierwiastek ten występuje w dużych
ilościach w rejonach skażenia przemysłowego,
w dymie papierosowym, w wodzie wodociągowej,
w glebie i żywności na niej uprawianej.
Woda w większości polskich rzek i zbiorników
wodnych jest zatruta ściekami przemysłowymi, które
zawierają bardzo duże ilości kadmu. Zakłady
wodociągowe wielu miast Polski pobierają wodę
z tych rzek. Dodatkowo, miękka woda wymywa kadm
z rur wodociągowych. Duże stężenie kadmu stwierdza
się zwłaszcza w warzywach korzeniowych
uprawianych w rejonach przemysłowych. Duża ilość
kadmu w glebie powoduje nie zawiązywanie się
kłosów i inne deformacje w rozwoju zbóż.
Stwierdzono, że nawożenie roślin sperfosfatem
bardzo zwiększa przyswajanie kadmu przez rośliny.
Rtęć jest pierwiastkiem toksycznym i do organizmu dostaje
się drogą pokarmową i oddechową oraz przez skórę. Jest dosyć
często używana w przemyśle, rolnictwie i medycynie, co
powoduje zatruwanie środowiska naturalnego. U człowieka,
rtęć i jej związki wywołują gwałtowne objawy zatrucia, lub
wchłaniane w niewielkich dawkach kumulują się w organizmie.
W środowisku naturalnym rtęć tworzy związki organiczne
kumulujące się w żywych organizmach. Stwierdzono że
w rzekach zanieczyszczonych nawet w niewielkich ilościach
rtęcią ryby kumulują w swoim ciele ogromne jej ilość. Aby
zmniejszyć prawdopodobieństwo zatrucia należy nie spożywać
często tych samych gatunków ryb (zwłaszcza dennych)
i kupować ryby z różnych łowisk.
Najbardziej zagrożony zanieczyszczeniami chemicznymi
jest mózg człowieka. Różne toksyny zaburzają kilka
najistotniejszych dla życia człowieka funkcji
fizjologicznych, głównie nurt biotransformacji energii i nurt
kodowania i przekazywania informacji genetycznych.
W związku z tym zanotowano nowe jednostki chorobowe:
- chorobę mina-mata – czyli uszkodzenie mózgu pod
wpływem związków rtęci;
-chorobę itai-itai – bolesne złamania kończyn pod
wpływem związków kadmu, kumulującego się w kościach,
-chorobę Jusho – schorzenie układu nerwowego po
zatruciu polichlorobifenylanem;
-chorobę szkieletową- po zatruciu fluorem.
Groźne dla zdrowia człowieka są zatrucia:
-ołowiem
-rtęcią
-kadmem
-arsenem
-cynkiem
-miedzią
-selenem
-kobaltem
-chromem
-niklem
Najwięcej zatruć notuje się po kumulacji w tkankach
ołowiu, kadmu, rtęci i arsenu. Ponieważ do 80%
metali ciężkich dostaje się do organizmu z żywnością,
bardzo ważną rolę w zapobieganiu zatruciom
metalami spełnia racjonalne żywienie.
Racjonalne żywienie to przede wszystkim zachowanie
podstawowego wymogu – u r o z m a i c o n e g o doboru
potraw i produktów spożywczych, co wpływa na zmniejszenie
średnich wartości spożywanych metali ciężkich. Urozmaicone
pożywienie dostarcza odpowiednich ilości poszczególnych
składników pokarmowych, które mają dodatni wpływ na
stopień skażenia żywności.
I tak wapń i magnez, spożywane w normie, chronią organizm
człowieka przed zgubnym działaniem wysokich dawek ołowiu
i fluoru. Przed szkodliwym działaniem ołowiu chroni nas także
dostatek żelaza i miedzi w racji pokarmowej, poprawiając
biosyntezę hemoglobiny.
Szczególnie ważny jest stan odżywienia organizmu
mikroelementami: CYNKIEM, MIEDZIĄ I KOBALTEM w
warunkach narażenia na kadm, który hamuje aktywność
enzymów zależnych od tych pierwiastków.
Zatrucia ołowiem objawiają się zaburzeniami funkcji układu
nerwowego i obniżają odporność organizmu. Małe dawki
spożywanego kadmu długo kumulują się w mózgu. Po
przekroczeniu określonego progu objawiają się chorobą, często
guzem mózgu. Kadm jest 10-krotnie bardziej toksyczny niż
ołów, odkłada się w nerkach (powodując nadciśnienie) i w
kościach, prowadząc do ich złamań.
Na konieczność zmniejszania zanieczyszczenia środowiska
metalami ciężkimi zwrócił już dawno uwagę lekarz, wizjoner i
uczony, współtwórca ekofilozofii profesor Julian
Aleksandrowicz. Twierdził on, że wzrost agresywności w
społeczeństwie, zwłaszcza wśród młodzieży, jest efektem
przewlekłego zatrucia mózgu ołowiem.
Niezwykle jest więc ważne działanie w celu zmniejszenia
zawartości ołowiu w powietrzu, wodzie, glebie i żywności.
Konieczna jest zatem edukacja zdrowotna, w tym żywieniowa.
Możemy się bronić przed skażeniami chemicznymi żywności,
stosując nowo ustalone wskazówki higieny żywienia:
1. dokładnie płukać warzywa, gdyż one głównie kumulują ołów
i kadm;
2. grubo je obierać, ponieważ pod skórką, gromadzi się
najwięcej zanieczyszczeń chemicznych;
3. odlewać wywar, do którego przechodzi dużo toksyn;
4. zupę jarzynową gotować z mrożonek, których surowce z
reguły pochodzą z czystych upraw;
5. zaopatrywać się w różnych punktach sprzedaży, co może
zmniejszyć uśrednienie stężenia szkodliwych pierwiastków.
Wyniki badań z ostatnich lat pokazują, że
utrzymuje się tendencja do zmniejszania
emisji zanieczyszczenia powietrza i gleby.
Zmiany emisji do powietrza metali ciężkich w Polsce
w latach 1980–1998
Nasz kraj w ciągu ostatnich lat zredukował
o 1/3 emisję do atmosfery szkodliwych gazów
i pyłów. Przewiduje się, że do 2005 r. w
Polsce zostanie wyeliminowana benzyna
zawierająca ołów.
Kilka lat temu opublikowano listę 80
zakładów najbardziej szkodliwych dla
środowiska w Polsce. Zakłady te starają się o
skreślenie z tej listy poprzez wprowadzanie
tzw. bezpiecznych nowych technologii.
Co można zrobić by jeszcze bardziej
ograniczyć zanieczyszczenie
środowiska?
Jedną z metod jest wykorzystanie innych,
alternatywnych źródeł energii, np.
-
energii słonecznej
-
spadku wód
-
siły wiatru
Eksperci szacują, że na ponad 30%
powierzchni Polski występują korzystne
warunki do budowy siłowni wiatrowych, a
także że jest 6000 miejsc, gdzie można
zainstalować turbiny wodne.
DZIĘKUJEMY ZA UWAGĘ
Źródła:
http://eduseek.interklasa.pl/artykuly/artykul/ida/2595
http://www.literka.pl/modules.php?name=News&file=article&sid=10918
http://loonz.lbl.pl/pl/publikacje/k_cio3.html
Natalia Wanda Skinder - „Chemia a ochrona środowiska”
Jan Krzyżanowski – przekład z hiszpańskiego – „Wielki leksykon zdrowia i
Medycyny” t. I, II, III
K.Łopata, E.Rudnik, E.Nowak – „Tajemnice gleby”