1. Klasyfikacja zanieczyszczeń

2. Charakterystyka ekotoksykologiczna skutków zanieczyszczeń gazowych

1. Ozon

2. Dwutlenek węgla

3. NO_x

3. Metale ciężkie

3.1. Arsen

3.2. Chrom

3.3. Kadm

3.4. Nikiel

3.5. Ołów

3.6. Rtęć

4. Zanieczyszczenia organiczne

5. Eutrofizacja

6. Zaburzenia równowagi hormonalnej w ekosystemach

6.1. Dichlorodifenylotrichloroetan

6.2. Ftalany

7. Literatura

1. Klasyfikacja zanieczyszczeń

Zanieczyszczenia środowiska dzielą się na:

• Zanieczyszczenia wody - zmiany cech fizycznych, chemicznych i biologicznych, uniemożliwiające wykorzystanie wód do celów pitnych lub gospodarczych.

- Zanieczyszczenia fizyczne to ogół substancji stałych znajdujących się w wodzie
w postaci zawiesin lub cząstek koloidalnych. Są nimi np. drobne cząstki obumarłych organizmów zwierzęcych albo roślinnych, nierozpuszczalne substancje pochodzące ze ścieków, cząstki gleby. Zanieczyszczenia fizyczne powodują zabarwienie i zmętnienie wody.

-Zanieczyszczenia chemiczne to związki chemiczne, które dostają się do wody wraz ze ściekami z zakładów przemysłowych i ściekami komunalnymi. Są to bardzo niebezpieczne zanieczyszczenia - wiele z nich (jony metali ciężkich, fenole, cyjanki) działa toksycznie na organizmy żywe oraz hamująco na naturalne procesy biologiczne zachodzące w wodzie. Ponadto substancje te pogarszają smak wody, np. tioalkohole (merkaptany) nadają jej zgniły zapach, a aminy - woń zepsutych ryb.

- Zanieczyszczenia biologiczne to żyjące w wodzie mikroorganizmy chorobotwórcze, takie jak bakterie, grzyby, pierwotniaki. Większość obecnych w zbiornikach wodnych bakterii nie szkodzi zdrowiu; jednak niektóre bakterie i wirusy chorobotwórcze, dostając się wraz z wodą do przewodu pokarmowego człowieka, mogą powodować cholerę, żółtaczkę (wirusowe zapalenie wątroby), tyfus, czerwonkę.

Główne zanieczyszczenia wód: pestycydy, węglowodory, fenole, metale ciężkie

• Zanieczyszczenie powietrza - występowanie w atmosferze różnych substancji w takiej koncentracji i przez tak długi czas, że prowadzi do szkodliwych konsekwencji dla zdrowia lub samopoczucia ludzi, dla organizmów żywych albo do uszkodzeń obiektów nieożywionych (np. przez korozję).

Zanieczyszczenia powietrza można podzielić się na:

- zanieczyszczenia naturalne: skażenia atmosfery takimi czynnikami jak: pyły oraz

gazy wulkaniczne, sól morska, piasek pustyni i wydm przenoszony z wiatrem,

- zanieczyszczenia będące wynikiem aktywności ludzi.

Główne zanieczyszczenia powietrza: dwutlenek siarki (SO²), tlenki azotu (NO),

tlenek węgla (CO), ozon troposferyczny (O³), ołów (Pb), pyły,

• Zanieczyszczenia gleby - zmiana cech gleby uniemożliwiająca jej normalne użytkowanie.

Zanieczyszczenia zmieniają gleby pod względem chemicznym, fizycznym
i biologicznym. Obniżają jej urodzajność, czyli powodują zmniejszenie plonów
i obniżenie ich jakości, zakłócają przebieg wegetacji roślin, niszczą walory ekologiczne i estetyczne szaty roślinnej, a także mogą powodować korozję fundamentów budynków i konstrukcji inżynierskich, np. rurociągów.

Zanieczyszczenia gleb mogą ulegać depozycji do środowiska wodnego na skutek wymywania szkodliwych substancji. Powodują tym samym zanieczyszczenie wód.

Główne zanieczyszczenia gleby: metale ciężkie, nawozy sztuczne.

• Skażenia promieniotwórcze - to skażenie wody, gleby lub powietrza substancjami promieniotwórczymi powstałe przeważnie podczas awarii urządzeń jądrowych, wybuchu bomby atomowej itp.

Skażenie promieniotwórcze może powstać na skutek:

- niewłaściwego składowania materiałów radioaktywnych, wycieku

promieniotwórczego z instalacji jądrowych (zwykle substancji chłodzącej reaktor),

- emisji radioaktywnych gazów na skutek przegrzania stosu (lub wybuchu)
w elektrowni jądrowej,

- w rezultacie opadania substancji promieniotwórczych z obłoku wybuchu jądrowego

po wybuchu bomby jądrowej oraz w wyniku tworzenia się ich na ziemi pod

działaniem neutronów (tzw. promieniotwórczość wzbudzona).

2. Charakterystyka ekotoksykologiczna skutków zanieczyszczeń gazowych

Zanieczyszczenia powietrza zostały podzielone na cztery grupy: gazy i pary związków chemicznych, drobne kropelki cieczy, drobne ciała stałe i mikroorganizmy.

I. Pod względem genezy ich powstania wyróżniamy dwa podstawowe źródła zanieczyszczeń: naturalne i sztuczne.

Naturalne źródła zanieczyszczeń powietrza. Są to materiały powstałe w wyniku naturalnych procesów zachodzących w przyrodzie:

- pochodzenia zwierzęcego jak np:. produkty gnicia i rozkładu substancji organicznych;

- pochodzenia roślinnego jak np.: produkty rozkładu substancji organicznych oraz pyłki kwiatów,

traw, drzew, krzewów;

- zanieczyszczenia powstałe w wyniku pożarów lasów, łąk, stepów oraz pochodzenia

wulkanicznego powstałe podczas erupcji, erozji gleb i skał, burz piaskowych;

- powstałe w wyniku parowania mórz i oceanów oraz gazy z bagien.

Sztuczne źródła zanieczyszczeń powietrza. Są to materiały powstałe w wyniku działalności człowieka jak np. z zakładów przemysłowych, elektrociepłowni, hut, zakładów chemicznych, rafinerii, cementowni czy transportu zmotoryzowanego.

Zanieczyszczenia powietrza są ubocznym skutkiem wielu przemysłowych procesów technologicznych, a najbardziej niebezpieczne z nich to:

CO2, SO2, tlenki azotu, pyły - emitowane do atmosfery głównie przy produkcji energii;

H2SO4, fenole, cianki, Ciano wodór, akrylonitryl - emitowany do atmosfery poprzez zakłady hutnicze i metalowe, rafinerie, zakłady przemysłu chemicznego i materiałów budowlanych;

Ołów, węglowodory aromatyczne, tlenki azotu i siarki - głównie emitowane przez transport samochodowy, ale również przez wodny, który to zanieczyszcza dodatkowo wodę;

Azbest - emitowany przy produkcji wykładzin ciernych, hamulców i sprzęgieł;

Metan - ściśle związany jest z przemysłem wydobywczym, ale również ze składowaniem
i utylizacją odpadów; nie należy zapominać, iż metan jest jednym z gazów cieplarnianych;

Pyły i drobne ciała stałe - wytwarzane są przez huty, kopalnie i cementownie;

Odory - emitowane przez przemysł rolno-spożywczy nie zawsze są szkodliwe, ale często bardzo uciążliwe dla środowiska.

Pamiętajmy, że spalając 1 t węgla emitujemy ok. 10-12 kg tlenku azotu, 2 kg tlenku węgla i siarki.

Przy liście powyżej nie zapominajmy o gospodarstwach domowych, które emitują do atmosfery gazy związane ze spalaniem węgla służącego do ogrzewania budynków mieszkalnych.

II. Źródła zanieczyszczeń powietrza możemy podzielić dodatkowo ze względu na ich emisję.

Wyróżniamy tu:

Źródła zorganizowane - takie, które są specjalnie przeznaczone i dostosowane do odprowadzania zanieczyszczeń np. emitory, rury wydechowe samochodów, wentylatory wyciągowe.

Źródła niezorganizowane - takie, które powstały w sposób przypadkowy np. nieszczelności pomieszczeń fabrycznych, pieców, powierzchnie odpadów paleniskowych, składowisk odpadów cementowych, śmieci miejskich.

III. Klasyfikacja zanieczyszczeń pod względem czasu emisji to:

Źródła stałe - to takie, które stale emitują zanieczyszczenia, np. emitor działający 24h.

Źródła zmienne - to takie, które pracują w określonym systemie, np. emitor działający 8h na dobę.

IV. Można również źródła zanieczyszczeń powietrza podzielić też ze względu na obszar emitujący, są to:

Źródła punktowe - mogą to być pojedyncze źródła emisji o małej powierzchni jak np.

pojedynczy emitor.

Źródła liniowe - o emisji zbliżonej do linii np. wielokominowe baterie koksownicze.

Źródła powierzchniowe - takie, które emitują zanieczyszczenia z dużych powierzchni jak

hałdy lub wysypiska.

2.1. Ozon

O2+O→O3

Cząsteczka ozonu ulega rozpadowi w wyniku zderzenia się z atomem tlenu powstają dwie cząsteczki tlenu lub rozpada się pod wpływem promieniowania

krótkofalowego słonecznego. Wraz ze spadkiem wysokości natężenie promieniowania maleje, a gęstość powietrza rośnie. W atmosferze istnieje taka warstwa, w której natężenie promieniowania krótkofalowego jest duże do powstania wolnych atomów tlenu, a równocześnie gęstość powietrza dostateczna, aby występowały zderzenia cząsteczek, co tworzy korzystne warunki do powstawania ozonu. Mówimy o warstwie ozonu, od wysokości 10 km do około 50km.

W 1930 r. angielski matematyk i geofizyk Sydney Chapman zaproponował wyjaśnienie mechanizmu powstawania ozonu w atmosferze. Według niego do powstania cząsteczki ozonu potrzebna jest obecność atomów tlenu, które pojawiają się jako wynik rozpadu cząsteczki tlenu na dużych wysokościach. Cząsteczka ozonu powstaje w wyniku zderzeń cząsteczki tlenu z atomem tlenu i w obecności jakiejś neutralnej cząsteczki M, przejmującej nadmiar energii. Cząsteczka ozonu może jednak ulec rozpadowi w wyniku zderzenia z atomem tlenu
i powstają wtedy dwie cząsteczki tlenu lub rozpaść się pod wpływem promieniowania słonecznego.

Jest to najprostszy model powstawania i rozpadu ozonu, tzw. model Chapmana.
W rzeczywistości procesy te są o wiele bardziej skomplikowane, a krótkofalowe promieniowanie Słońca odgrywa podstawową rolę w bilansie ozonu atmosferycznego.

Wraz ze spadkiem wysokości natężenie promieniowania maleje, a gęstość powietrza rośnie.
W atmosferze istnieje taka warstwa, w której natężenie promieniowania krótkofalowego jest jeszcze wystarczająco duże do powstawania wolnych atomów tlenu, a równocześnie gęstość powietrza dostateczna, aby występowały nieodzowne zderzenia cząsteczek - są więc korzystne warunki do powstawania ozonu.

Ozon nie powstaje w okolicy bieguna w okresie zimowym, gdyż nie dochodzi do tych warstw promieniowanie słoneczne. Największa natomiast produkcja ozonu ma miejsce w okolicy równika, gdzie promienie słoneczne padają prawie prostopadle na atmosferę. Wydaje się więc, że najwięcej ozonu powinno być w okolicy równika, a najmniej w okolicy biegunów. W rzeczywistości obserwuje się zupełnie inny niż można było się spodziewać, rozkład geograficzny całkowitej zawartości ozonu w atmosferze. Ozon jest bowiem przenoszony w kierunku biegunów dzięki naturalnej cyrkulacji mas powietrza.

Wraz z oddalaniem się od powierzchni Ziemi właściwości fizyczne powietrza takie jak temperatura i gęstość ulegają zmianie. Najniższą warstwą atmosfery jest troposfera sięgająca mniej więcej do wysokości 10 km . Tuż nad nią znajduje się obszar zwany tropopauzą Warstwą sąsiadującą z tropopauzą jest stratosfera, która sięga do wysokości ok. 45 km i dzieli się na dwie warstwy.

W dolnej części zwanej stratosferą zimną utrzymuje się względnie stała (ok. -60 ^oC) temperatura, zaś w górnej warstwie zwanej stratosferą ciepłą temperatura zaczyna wzrastać, osiągając na wysokości około 50 km wartość zerową. Stratosfera przechodzi tu w tzw. stratopauzę. W stratosferze obserwuje się największą koncentrację ozonu (na wysokości 25 - 40 km) i bardzo często ta część atmosfery nazywana jest ozonosferą.

Schemat takiej reakcji wygląda następująco:

XO + O₃ ® XO₂ + O₂

XO₂ + O ® XO + O₂

całkowity efekt takiej reakcji : O₃ + O ® 2 O₂

gdzie:

X - atom chloru, azotu lub wodoru,

XO, XO₂ - katalizatory

Obok freonów występują inne związki powodujące niszczenie ozonu. Należą do nich m.in. halony, podtlenek azotu i metan. Halony są to węglowodory , w których atomy wodoru zostały częściowo lub całkowicie wymienione na atomy chlorowców (głównie bromu).
Są one powszechnie stosowane środkach gaśniczych do gaszenia płonących smarów, farb
i paliw.

Podtlenek azotu N2O na dużych wysokościach przekształca się pod wpływem ultrafioletu w NO i NO₂. Tlenki te uczestniczą jako katalizatory w procesie, w trakcie którego ozon ulega przemianie w tlen cząsteczkowy.

NO + O₃ ® NO₂ + O₂

NO₂ + O ® NO + O₂

2.2. Dwutlenek siarki

Tlenek siarki(IV), SO₂- nieorganiczny związek chemiczny z grupy tlenków niemetali. Bezbarwny gaz o ostrym, gryzącym i duszącym zapachu, silnie drażniący drogi oddechowe. Dwutlenek siarki jest trujący dla zwierząt i szkodliwy dla roślin. Ma własności bakteriobójcze i pleśniobójcze. Jest produktem ubocznym spalania paliw kopalnych, przez co przyczynia się do zanieczyszczenia atmosfery (smog).

Stosowany jako konserwant (E220), szczególnie powszechnie do win, także markowych. Dwutlenek siarki wykorzystuje się również do produkcji siarczynów, do bielenia (w przemyśle tekstylnym i papierniczym), dezynfekcji i jako czynnik chłodniczy.

Jest produktem pośrednim podczas produkcji kwasu siarkowego. Rozpuszczalny m.in. w wodzie i acetonie.

Otrzymywany przez spalanie S lub H2S w tlenie, przez prażenie rud siarczkowych:

4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2

S + O2 → SO2

W obecności katalizatora powstały dwutlenek siarki utlenia się do trójtlenku(podobna reakcja zachodzi także w atmosferze z udziałem promieniowania UV lub ozonu):

2SO2 + O2 -[kat. V2O5]→ 2SO3

Dwutlenek siarki dobrze rozpuszcza się w wodzie, dając słaby kwas siarkowy(IV) (kwas siarkawy):

SO2 + H2O → H2SO3

2.3. NO_x - tlenki azotu

Tlenki azotu są jednymi z groźniejszych składników skażających atmosferę.

Uważa się je za prawie dziesięciokrotnie bardziej szkodliwe od tlenku węgla, a kilkakrotnie od dwutlenku siarki. Cały szereg reakcji fotochemicznych, w których uczestniczą tlenki azotu, czyni się odpowiedzialnymi za powstanie tzw. smogu, zjawiska klimatycznego dezorganizującego normalną działalność człowieka i szczególnie niebezpiecznego dla żywych organizmów.

Spośród sześciu związków tego typu istotne znaczenie mają dwutlenek i tlenek azotu. Występują one najczęściej razem i razem decydują o rozwoju klinicznej patologii. Zarówno tlenek azotu jak i dwutlenek azotu występują przede wszystkim w środowiskach miejskich i są to związki powstające na skutek działalności człowieka. Źródłem ich emisji są wymagające wysokich temperatur procesy spalania z dostępem powietrza. Oba te związki występują w gazach spalinowych ale przeważa tlenek azotu.

Dwutlenek azotu uważa się za bardziej toksyczny, stanowi on przeważającą część związków azotu powstających podczas wybuchów dynamitu, przy produkcji kwasu azotowego, siarkowego, celulozy, nawozów, podczas spawania i w procesach gnilnych.

• tlenek azotu(I) (N₂O), podtlenek azotu, tlenek diazotu, gaz rozweselający

Czysty tritlenek diazotu najłatwiej jest otrzymać w wyniku redukcji kwasu azotowego za pomocą arszeniku lub skrobii i schłodzenia do temp. poniżej -13 °C powstającej mieszaniny gazowych tlenków azotu.

4H₂O + 4HNO₃ + As₄O₆ ⇌ 4H₄AsO₄ + 2[NO↑ + NO₂↑ ⇌ N₂O₃

Tritlenek diazotu jest bezwodnikiem kwasu azotowego(III). Związek ten w postaci czystej nie znajduje żadnych praktycznych zastosowań ze względu nietrwałość.

• tlenek azotu(II) (NO), monotlenek azotu

• tlenek azotu(III) (N₂O₃), w którym jeden atom azotu jest na formalnym stopniu utlenienia +4 a drugi +2.

• tlenek azotu(IV) (NO₂), ditlenek azotu (tworzy on również dimer - tetratlenek diazotu N₂O₄)

• tlenek azotu(V) (N₂O₅), pentatlenek diazotu

Tlenek azotu(V) w temperaturze pokojowej występuje w formie białych kryształków i ma temperaturę topnienia ok. 41°C. Jest związkiem nietrwałym rozkładającym się spontanicznie
w temperaturze pokojowej do tlenku azotu(IV) i tlenu. Z mocnymi kwasami daje sole nitroniowe i kwas azotowy, np.

HClO₄ + N₂O₅ → NO₂ClO₄ + HNO₃

Związek ten reaguje gwałtownie z wodą, jest bezwodnikiem kwasu azotowego. Ze względu na jego nietrwałość nie znajduje on w formie czystej praktycznych zastosowań.

• tlenek azotu(VI) (NO₃), nietrwały gaz w kolorze niebieskim, jego rozkładowi termicznemu towarzyszy luminescencja; wykazuje własności utleniające, nie zawiera wiązania nadtlenkowego -O-O-

• heksatlenek diazotu (N₂O₆), nietrwały związek z wiązaniem nadtlenkowym,

O₂N-O-O-NO

3. Metale ciężkie

Przyjmuje się, że toksykologia metali ciężkich obejmuje wiele pierwiastków, których masa atomowa jest większa od 5g/cm3. tradycyjnie do grupy tej zalicza się także pierwiastki o charakterze półmetali. Pewne właściwości metali, jak np. kowalność czy wysokie przewodnictwo cieplne i elektryczne sprawiły, że znalazły one zastosowanie niemal we wszystkich gałęziach przemysłu. Wiele przedmiotów jest wykonanych z metali.

Większość metali odgrywa ważną rolę w prawidłowym funkcjonowaniu organizmów żywych, pełniąc w nim funkcję czynników regulatorowych lub będąc składnikami enzymów. Metale te zalicza się do pierwiastków niezbędnych. Tylko w stosunku do niektórych (As, Cd, Hg, Pb, Sb) dotychczas nie wykazano biologicznej niezbędności.

3.1. ARSEN

Związki arsenu znalazły zastosowanie w rolnictwie i leśnictwie jako pestycydy ( arseniany ołowiu i wapnia), jako środki konserwujące drewno , przy produkcji szkła , barwników, chemicznych środków bojowych , w procesach oczyszczania gazów przemysłowych, jako środki zwiększające twardość i żaroodporność stopów, zaś kwas arsenilowy używany jest jako czynnik przyspieszający wzrost hodowli drobiu i świń.

Arsen rzadko występuje w stanie wolnym. Występuje w skorupie ziemskiej, a jego

zwartość wynosi 0,002% z czego większa część to arsenopiryt (FeAsS). Otrzymuje

się go do zastosowań przemysłowych poprzez redukcję związków węglem, bądź ogrzewanie arsenopirytu. Jest również produktem ubocznym przy wytopie rud miedzi, ołowiu, niklu i złota. Związki arsenu znalazły zastosowanie w rolnictwie i leśnictwie jako pestycydy, środki konserwujące drewno, przy produkcji szkła, barwników, chemicznych środków bojowych, zaś kwas asenilowy używany jest jako czynnik przyśpieszający wzrost hodowli drobiu i świń. Arsen jest składnikiem wielu leków, obecnie jednak wycofanych i zastąpionych innymi.

Arsen kumuluje się w tkankach bogatych w keratynę ,jak: włosy , paznokcie, skóra oraz w nabłonku przewodu pokarmowego. Wchłanianie arsenu z przewodu pokarmowego zależy od rozpuszczalności w wodzie i może dochodzić do 95%.

Toksyczność arsenu polega na hamowaniu czynności wielu enzymów poprzez blokowanie grup sulfhydrylowych. W konsekwencji zostaje upośledzone oddychanie wewnątrzkomórkowe, zaburzenia przemiany lipidów i węglowodanów, a następnie dochodzi do zmian zwyrodnieniowych w narządach miąższowych. Ponadto arsen wywołuje porażenie naczyń włosowatych.

Wchłonięty do organizmu odkłada się w włosach, paznokciach, wątrobie, nerkach, skórze i kościach. Śmiertelna dawka różnych związków arsenu dla dorosłych

wynosi ok. 200÷300mg.

Nieorganiczne związki arsenu wykazują działanie rakotwórcze. Po długoletnim narażeniu dróg oddechowych znacznie wzrasta zapadalność na raka płuc. Po podaniu doustnym związków arsenu obserwowano objawy raka skóry.

3.2. CHROM

Chrom (Cr, łac. chromium) - pierwiastek chemiczny, metal przejściowy z bloku d układu okresowego. Posiada 13 izotopów, od 45Cr do 57Cr, z czego trwałe są izotopy 50, 52, 53 i 54. Został odkryty w roku 1797 przez Louisa Nicolasa Vauqellina.

Chrom liczba atomowa 24 , względny ciężar atomowy 51,996 u.

W atmosferze powietrza chrom nie zmienia barwy, jest odporny na działanie kwasów organicznych oraz kwasu azotowego i siarkowodoru. Połączenie chromu na trzecim i szóstym stopniu utleniania są ważne dla zdrowia człowieka. Te dwa stany utleniania mają bardzo różne właściwości i działanie biologiczne na organizmy żywe. Muszą być badane oddzielnie, nie można dokonać poprawnej oceny skutków biologicznych działania chromu jako pierwiastka. Chrom w postaci pierwiastka nie jest stosowany natomiast w postaci tlenków ma ogólne zastosowanie.

Chrom i jego związki są powszechnie spotykane w środowisku, występuje praktycznie wszędzie: powietrzu, glebie, wodzie. Stężenia tych związków nie stwarzają zagrożenia dla ludzi i środowiska jedynie działalność przemysłowa człowieka powoduje, że mogą być bardzo groźne. W środowisku naturalnym chrom występuje w postaci związków trójwartościowych , w pH obojętnym i zasadowym tworzą trudno rozpuszczalne połączenie. Występuje w ok. 55 minerałach. Najliczniejsze związki i najbardziej trwałe to chrom(III) i chrom(VI).

Dobre działanie chromu jest związane głównie z +3 stopniem utlenienia. Chrom(III) jako pierwiastek występuje w kwasach nukleinowych, bierze udział w metabolizmie białek. Źródłem chromu są również zboża , śliwki suszone, ziemniaki, kukurydza, owoce morza oraz przyprawy: majeranek i czarny pieprz.

Związki chromu(VI) są szkodliwe dla człowieka, niektóre nawet rakotwórcze.

Chrom(VI) w środowisku występuje jako produkt procesu, który zapoczątkował

człowiek np. spalanie różnych źródeł energii.

3.3. KADM

Kadm to pierwiastek chemiczny dwuwartościowy, silnie toksyczny należący do rodziny cynkowców. Odkryty w 1817 r. przez Fridedricha Stromeyera.

Jest metalem srebrzystobiałym o niebieskawym odcieniu miękkim, ciągliwym, kowalnym, rozpuszczalnym w kwasach. Posiada cenne właściwości jak: dużą

odporność na korozję , niski punkt topnienia i dobrą przewodność elektryczną.

Symbol kadmu  Cd,

liczba atomowa  48,

jego temperatura topnienia wynosi 320,9^o C,

temperatura wrzenia 767 ^o C,

gęstość 8,642 g·cm ^-3.

Lotny kadm w postaci pary szybko się utlenia do tlenku kadmu, chroniącego go przed dalszym działaniem atmosfery. W zewnętrznych strefach ziemi zawartość kadmu wynosi 58·10 -5 % wag.

Kadm zmienia metabolizm pierwiastków takich jak: cynk, miedź, żelazo magnez, wapń, co powoduje zmiany morfologiczne i czynnościowe w określonych narządach. Częściowo wydalany jest przez nerki. Zatrucie kadmem prowadzi do uszkodzenia nerek, osłabienia układu kostnego, wzrostu ciśnienia, choroby wątroby, układu nerwowego, odwapnieniem i rakiem płuc.

3.4. NIKIEL

Nikiel metaliczny jest srebrzystobiałym, połyskującym metalem, trudno korodującym i odpornym na ścieranie. Stosuje się go do tworzenia połyskujących powłok galwanicznych na powierzchni elementów stalowych. Stopy niklu i miedzi są stosowane do wyrobu monet, sztućców itp. Nikiel jest też dodawany do stali do stopów o podwyższonej odporności na korozję. Jest ferromagnetykiem.

Nikiel został odkryty w 1751 roku przez Axela Cronstedta. Jest srebrzystym, szarym, twardym i ciągliwym metalem, dzięki czemu daje się dobrze walcować, kuć i spawać. Może być polerowany na wysoki połysk. Odznacza się dobrym przewodnictwem elektrycznym i cieplnym (15% przewodnictwa srebra).

Występuje w skorupie ziemskiej w ilościach ok. 80 ppm w postaci minerałów garnieryt i pentlandyt. Rudy dzieli się na: tlenowe, siarczkowe i arsenkowe, w zależności od ich składu chemicznego.

Jego liczba atomowa: 28,

masa atomowa: 58,69,

gęstość [kg x m3] 8902 (293K),

temperatura topnienia 1728K,

temperatura wrzenia 3003K.

Naturalny pierwiastek jest mieszaniną pięciu izotopów trwałych: 58Ni, 60Ni, 61Ni, 62Ni, 64Ni.

3.5. OŁÓW

Ołów jest miękkim metalem barwy niebieskawoszarej. Czysty ołów pokrywa się na powietrzu warstwą wodorotlenku i węglanu. Halogenki (PbCl₂, PbBr₂, PbI₂) oraz siarczan(VI) są trudno rozpuszczalne, z tego względu ołów praktycznie nie rozpuszcza się w rozcieńczonych kwasach siarkowym (VI), chlorowodorowym, bromowodorowym i jodowodorowym. Stężony kwas solny roztwarza ołów, dzięki tworzeniu się kompleksów chlorkowych, podobnie, gorący, stężony kwas siarkowy(VI), w niewielkim stopniu, wprowadza jony Pb²⁺ do roztworu, na skutek tworzenia się rozpuszczalnego wodorosiarczanu(VI).

Reakcja ołowiu ze stężonym kwasem solnym:

Reakcja ołowiu ze stężonym kwasem siarkowym(VI):

Ołów rozpuszcza się całkowicie w rozcieńczonym kwasie azotowym(V), z wydzieleniem tlenku azotu(II), a także w kwasie octowym, z wydzieleniem wodoru i utworzeniem octanowego kompleksu ołowiu(II).

Reakcja ołowiu z rozcieńczonym kwasem azotowym(V):

Reakcja ołowiu z kwasem octowym:

Wodorotlenek ołowiu(II) jest amfoteryczny. Kationy Pb²⁺ należą do I grupy kationów, a także częściowo do grupy IIa

Najpoważniejszym źródłem skażenia środowiska ołowiem jest benzyna samochodowa, do której od roku 1923 dodawany jest wspomniany już tetraetyloołów, będący lotną, nierozpuszczalną w wodzie cieczą. Mimo, iż jego zawartość w benzynie nie przekraczała 1%, w przeszłości stanowiło to poważne źródło skażenia środowiska ołowiem, szczególnie w miejscach o dużym nasileniu ruchu; każda z takich dróg jeszcze dziś oznacza stumetrowy pas ziemi skażonej po obu jej stronach. Obecnie dzięki wyposażeniu samochodów w katalizatory, wymagające benzyny bezołowiowej, produkcja tejże substancji systematycznie maleje.

Inne źródła zanieczyszczeń stanowią przemysł garbarski, papierniczy, poligrafia a przede wszystkim hutnictwo. Emisja ołowiu do atmosfery występuje już podczas jego wydobywania, wytopu oraz oczyszczania. W przypadku dużej huty strefa zanieczyszczenia powietrza wynosić może około 15 km, a zawartość w nim tego ciężkiego metalu sięgać powyżej 80 μg/m. Stosowanie ołowiu przy produkcji urządzeń elektrycznych i elektronicznych sprawia, że aż 40% zidentyfikowanego na składowiskach ołowiu ma w sprzęcie tym swoje źródło.

Mobilność alkilowych związków ołowiu powoduje łatwość ich przenikania do

środowiska wodnego i wodno - glebowego, dlatego też wśród pierwiastków

stosowanych przy produkcji wspomnianych urządzeń jest on jednym z najgroźniejszych dla ludzi i środowiska. Uwagę na to zwrócił również Parlament Europejski, wydając w styczniu 2003 roku dyrektywę zakazującą po 1 lipca 2006 roku stosowania ołowiu, rtęci, kadmu i chromu (VI) w sprzęcie elektrycznym i elektronicznym.

Ujawnia się w zaburzeniach układu krwiotwórczego, skróceniu życia krwinek czerwonych, potem w niedokrwistości. W zatruciach przewlekłych wczesnym sygnałem ostrzegawczym jest również kolka ołowiczna. U dorosłych wpływ toksycznego działania ołowiu zaznacza się w obwodowym układzie nerwowym, u dzieci - w ośrodkowym. Długo po zakończeniu narażenia na ołów może jeszcze objawić się uszkodzenie i niewydolność nerek ( okres utajnienia nawet 10-30 lat).

3. 6. RTĘĆ

Rtęć ma symbol Hg (łac. Hydrargyrum). Jest płynna w temperaturze pokojowej.

Temperatura topnienia -38,83°C, wrzenia to 356,9°C i ma gęstość 13,534 g/cm³.

Właściwości nadprzewodzące wykazuje w temperaturze około 4K. Ma właściwości diamagnetyczne. Amalgamaty to stopy rtęci z niektórymi metalami nieżelaznymi. Jest dobrze rozpuszczana w kwasach: stężonym siarkowym i azotowym. Przeważnie towarzyszy srebru, jako czysty metal występuje rzadko. Bardzo bogate w rtęć są złoża czerwonego cynobru. Siarczek

rtęci jest najczęściej spotykanym związkiem w przyrodzie.

Dzięki swoim właściwościom rozszerzania się i kurczenia przy zmianie temperatury, rtęć jest idealną cieczą służącą do napełniania barometrów i termometrów. Ma zastosowanie w pompach próżniowych, prostownikach, wyłącznikach, natomiast pary rtęci wykorzystuje się jako źródła promieniowania ultrafioletowego w specjalnych lampach.

Rtęć, która nie uległa utlenieniu we krwi w organizmie ludzkim dociera do mózgu stanowiącego narząd krytyczny przy narażeniu na pary tego metalu.

Procesy oksydacyjne zachodzące w tkankach sprawiają, że powstała forma nieorganiczna nie przenika łatwo do mózgu czy tkanek płodu. Organy te stanowią
w pewnym sensie miejsce jej magazynowania. Rtęć elementarną nieutlenioną do rtęci nieorganicznej spotyka taki sam los, co związków nieorganicznych rtęci. Jest ona magazynowana w nerkach gdzie wiązana jest przez metalotioneinę.

Rozpuszcza metale, tworząc amalgamaty (z wyjątkiem żelaza, platyny, wolframu i molibdenu). Wykazuje dużą lotność - w temperaturze 20 °C w powietrzu znajduje się 14 mg Hg na m³ w stanie równowagi dynamicznej. Dawka progowa rtęci, czyli stężenie uważane za bezpieczne wynosi 0,05 mg Hg na m³ powietrza, dlatego rozlana rtęć stanowi potencjalne niebezpieczeństwo zatrucia.

Kationy rtęci Hg²⁺ oraz Hg²²⁺ różnią się właściwościami. W analizie chemicznej kation Hg²²⁺ należy do I grupy kationów, natomiast Hg²⁺ do II.

Na skalę przemysłową rtęć otrzymuje się z minerału cynobru, czyli siarczku rtęci(II), przez ogrzewanie w obecności powietrza:

HgS + O2 → Hg↑ + SO2↑

Proces ten przebiega w dwóch etapach:

(1) 2HgS + 3O2 → 2HgO + 2SO2↑

(2) 2HgO → 2Hg↑ + O2↑

Inną metodą jest ogrzewanie HgS wobec reduktora, np. żelaza

W warunkach laboratoryjnych rtęć można uzyskać poprzez ogrzewanie tlenku rtęci(II).

4. Zanieczyszczenia organiczne

Metabolizm ksenobiotyków

Robinson w 1959 r., przedstawiając model błony elementarnej, zakładał powszechność występowania regularnego układu trójwarstwowego: białka-lipidy-białka we wszystkich strukturach laminarnych komórek. Grubość każdej z tych warstw wynosi 2,5-3,0 nm (rys).

Błona komórkowa składa się z dwuwarstwy lipidowej, otoczonej z obu stron warstwą białek. Błony są strukturami płynnymi. Lipidy błonowe składają się z fosfolipidów (fosfatydylocholina, fosfatydyloetanoloamina, fosfatydyloseryna, fosfatydyloinozytol, sfingomielina) i cholesterolu. Łańcuchy kwasów tłuszczowych wchodzących w skład fosfolipidów zawierają najczęściej 16 lub 18 atomów węgla.

Kwasy tłuszczowe mogą być nasycone lub nienasycone. Lipidy błonowe są cząsteczkami

amfipatycznymi, zawierającymi zarówno grupy hydrofilowe (fosforanowa, wodorotlenowa),
jak i hydrofobowe (łańcuchy węglowodorowe). Lipidy zwrócone są hydrofobowymi łańcuchami węglowodorowymi do siebie, z grupami polarnymi do otaczającej je fazy wodnej, gdzie oddziałują z polarnymi cząsteczkami białek, jonami i wodą. Białka błonowe (m.cz. 5-250 · 10³) mają również charakter amfipatyczny i są osadzane w dwuwarstwie lipidowej, a w niektórych miejscach

przenikają na wylot przez całą dwuwarstwę. Białka te spełniają wiele funkcji w błonie i działają jak pompy, kanały, przenośniki, receptory i enzymy. Na zewnątrz komórek zwierzęcych występuje warstwa glikoprotein i glikolipidów, zawierająca reszty cukrowe. Warstwa ta jest nośnikiem właściwości antygenowych komórki, decyduje także o jej ładunku elektrostatycznym, co ma duże znaczenie w transporcie różnych substancji do wnętrza komórki.

Transport ksenobiotyków przez błony biologiczne (ryc. 2) odbywa się przez:

1) transport bierny (dyfuzja bierna),

2) transport przez pory (absorpcja konwekcyjna),

3) transport ułatwiony,

4) transport aktywny,

5) transport przez pary jonowe,

6) endocytozę.

Większość substancji obcych przechodzi przez błony za pomocą dyfuzji biernej. Zachodzi ona bez nakładu energii wytworzonej przez komórkę i odbywa się zgodnie z różnicą (gradientem) stężeń lub potencjałów na obu powierzchniach błony. Przenikanie substancji przez błony zależy od ich lipofilności i zmniejsza się wraz ze zwiększeniem stopnia jonizacji. Dyfuzja organicznych elektrolitów zachodzi w ten sposób, że substancja w fazie rozpuszczonej dociera do błony, rozpuszcza

się w niej, przenika przez błonę i przechodzi do kolejnej fazy wodnej (osocze, chłonka, płyn mózgowo-rdzeniowy, płyn wewnątrzkomórkowy). Warunkiem dyfuzji jest pewien stopień rozpuszczalności substancji zarówno w lipidach, jak i w wodzie.

Wchłanianie zachodzi różnymi drogami:

- pokarmową,

- skórną (dermalną),

- wziewną (inhalacyjną),

- pozajelitową (parenteralną) - dożylną, dootrzewnową, domięśniową, doskórną, podskórną,

dordzeniową,

- przez jamy ciała - dospojówkową, donosową, doodbytniczą, dopochwową.

W toksykologii największe znaczenie ma droga doustna, wziewna i skórna. Niezależnie od drogi podania wchłanianie ksenobiotyków zależy od masy cząsteczkowej, konfiguracji przestrzennej, rozpuszczalności w lipidach, stopnia jonizacji, stężenia, rozdrobnienia, a także od wielkości powierzchni wchłaniania i ukrwienia miejsca, w którym zachodzi absorpcja.

Istotną rolę w transporcie substancji obcych w organizmie odgrywa układ krwionośny, za pomocą którego trucizny są przenoszone z miejsca wchłaniania, rozprowadzone do poszczególnych tkanek i narządów, a w końcu usunięte z organizmu w procesie wydalania. Stężenie substancji obcych w poszczególnych tkankach w dużym stopniu zależy od przepływu krwi.

Przedostając się do miejsca działania, substancja obca musi przeniknąć w organizmie przez kilka błon biologicznych. Podczas wchłaniania ksenobiotyk przechodzi przez bariery odgraniczające środowisko wewnętrzne od środowiska zewnętrznego:

wielowarstwowy naskórek, jednowarstwowy nabłonek oddechowy lub jednowarstwowy nabłonek jelitowy. Następnie przenika przez błony naczyń włosowatych, błony komórkowe narządów oraz błony organelli komórkowych.

5. Eutrofizacja

Nadmierny rozwój glonów fitoplanktonowych (zakwity wody) zmniejszających przezroczystość wody, pogarszających jej właściwości organoleptyczne. Zwykle wzrasta też udział sinic - grupy, której wiele gatunków utrzymuje się blisko powierzchni, tworząc kożuchy. wiatry spychają te kożuchy do jednego brzegu, wtłaczają do zatok powstają ogromne zagęszczenia, masowa śmiertelność tych glonów fauny, nagromadzenie szkodliwych produktów rozpadu.

1.Często sinice przyżyciowo, a także w efekcie rozkładu wydzielają substancje toksyczne.

2.W strefie litoralu pogorszenie warunków świetlnych w efekcie nadmiernego rozwoju

fitoplanktonu powoduje ustępowanie roślinności zanurzonej.

3. Masowo rozwijają się w literału glony nitkowate, tworzące maty) - kożuchy na dnie i na roślinności zanurzonej, a także na młodych pędach roślinności wynurzonej, przyspieszając zanik pierwszej, a następnie częściowo także i drugiej. Kożuchy glonów nitkowatych zupełnie uniemożliwiają rekreacyjne użytkowanie strefy litoralu.

4. Zanik tlenu w strefach głębinowych powoduje wyginięcie większości gatunków zwierząt, w tym w pierwszej kolejności gatunków reliktowych; przy dalszym wzroście trofii w hypolimnionie w coraz większym stężeniu występuje siarkowodór.

5. W sytuacjach skrajnych zupełne wyczerpanie tlenu i występowanie siarkowodoru zachodzi także w warstwach powierzchniowych (zwłaszcza w okresach bezwietrznych i przy wysokiej temperaturze); ma to miejsce w zaawansowanej hipertrofii, a zwłaszcza saprotrofii. Siarkowodór może się ulatniać i zatruwać atmosferę w okolicy. Zimą, zwłaszcza po pokryciu lodu śniegiem
(i w konsekwencji przy braku fotosyntezy i produkcji tlenu), występują przyduchy zimowe - śmiertelność organizmów, zwłaszcza ryb, w efekcie braku tlenu.

6. Omówione zmiany w litoralu, a także deficyty tlenowe, powodują znaczne pogorszenie warunków tarła i rozrodu ryb, a w konsekwencji zasadnicze zmiany składu i stosunków dominacji w zespołach ryb. Ustępują ryby łososiowate, ustępuje szczupak, zaczynają dominować ryby karpiowate, głównie mało cenne.

7. Deficyty tlenowe w strefach głębinowych oraz zanik roślinności litoralnej potęguje eutrofizację. W skrajnych (a niestety nierzadkich) przypadkach dochodzi do tak silnego zanieczyszczenia zbiornika substancją organiczną (saprotrofizacji), (nie może się ona efektywnie rozkładać; woda ulega zatruciu produktami niepełnego rozkładu tej substancji.

Zbiorniki wodne pod, względem ich żyzności klasyfikuje się jako:

1. oligotroficzhe - ubóstwo soli mineralnych, niska produkcja pierwotna

2. a- i b-mezotroficzne - zbiorniki pośrednie

3. eutroficzne -bogactwo soli mineralnych, wysoka produkcja materii organicznej. Wyróżnia się tu: umiarkowaną eutrofię,

politrofię i hipertrofię.

Eutrofizacja jest procesem naturalnym. Zachodzi ona od początku istnienia zbiorników wodnych. Jeziora, w chwili powstania, był głównie oligotroficzne (małożyzne, ubogie). Jednak położenie jezior w zagłębieniach terenu oraz otoczenie zlewnią, często bogato zagospodarowaną, sprawia, iż stale dopływa do nich materia organiczna i nieorganiczna wraz z zawartymi w niej biogenami.

To pozwala na wyróżnienie 2 rodzajów eutrofizacji:

NATURALNĄ - przebiega bardzo powoli od chwili powstania jeziora. Wywołana głównie zmianami klimatycznymi. Jej rola w środowisku wodnym jest znikoma i niezauważalna dla człowieka.

ANTROPOGENICZNĄ (cywilizacyjna, sztuczna) - związana z gospodarką ludzką, tzn. z dopływem ścieków, wycinaniem lasów czy intensyfikacją rolnictwa. Proces ten nasila się zwłaszcza w ostatnim półwieczu.

Eutrofizacja prowadzi do dominacji organizmów beztlenowych takich jak saprobionty i gromadzenia się znacznych ilości materii organicznej (mułów) w wyniku czego morze dojść do coraz większego wypłacania się stref brzegowych mórz.

Eutrofizacja może być pochodzenia naturalnego lub antropogenicznego. Antropopresja to oddziaływanie człowieka na środowisko przyrodnicze i występujące w nim biocenozy. Obecnie ten czynnik wykazuje zdecydowaną działalność negatywną.

Eutrofizacja wód pochodzenia naturalnego to nic innego jak dostarczanie materii organicznej przez pierwiastki znajdujące się w atmosferze i jest ona ściśle regulowana przez świat zwierzęcy

Sinice

Sinice (Cyanophyta), wchodzące w skład fitoplanktonu, należą do grupy tak zwanych gram-ujemnych fotosyntezujących. Charakteryzuje je brak jądra, a cytoplazma wewnętrzna (centroplazma) zawiera kwasy nukleinowe i pełni funkcję jądra, jakie występuje u wyższych organizmów. Błony komórki sinic są zbudowane z substancji pektynowych, a rzadziej z hemicelulozy lub celulozy. Kształt komórek sinicowych może być różny, przy czym jednak sinice nie tworzące plech mają najczęściej kształt kulisty lub niekiedy elipsoidalny, natomiast tworzące plechę komórki owalne lub najczęściej cylindryczne. Bardzo często kolonie otoczone są galaretowatym śluzem zapewniającym spójność kolonu w czasie falowania oraz przy silniejszych przepływach i falowaniu w zbiornikach wodnych.

W normalnym stanie wód ilość komórek sinicowych w 1cm wody waha się od kilkuset do kilku tysięcy, podczas gdy w okresach intensywnego zakwitu może dochodzić do kilkuset tysięcy na 1cm³ wody. Nadają one wtedy wodzie intensywne zabarwienie, której kolor zależy od rodzaju dominujących gatunków. W okresach bardzo intensywnego zakwitu może on przybierać postać piany lub nawet kożucha gromadzącego się na powierzchni wody.

Kożuchy tworzone są przez komórki obumarłe oraz żywe i mogą być spychane przez wiatr i prąd wody do zatok oraz miejsc osłoniętych, gdzie nie są rozbijane przez fale i wiatr na mniejsze fragmenty, mogą pozostawać tam przez długi czas. Zakwity występują prawic w całej Europie oraz spotykane są na terenach USA. Kanady, Australii i Chin, pojawiając się najczęściej w okresie lata
i jesieni, choć w ciepłym klimacie zakwil może trwać nawet do 10 miesięcy w ciągu roku.

Toksyny produkowane przez sinice można podzielić na kilka grup, w zależności od mechanizmu ich toksycznego oddziaływania na ustroje żywe. Tak, więc wyróżnić tu można;

(a) neurotoksyny (ana-toksyna. afanatoksyna), - atakujące układ nerwowy

(b) hepatotoksyny (mikrocyslyna, nodularina),- uszkadzające wątrobę

(c) cytotoksyny (akiitificyna, scytoficyna, cyanobakle-ryna) - uszkadzające różne komórki

organizmu

(d) toksyny o nie do końca poznanym mechanizmie oddziaływania toksycznego - działające

drażniąco na skórę i błony śluzowe

Szczególnie żywe zainteresowanie budzi mikrocystyna (MCYST) ze wzglądu na swoją wysoką toksyczność ostrą, jak również udowodnione właściwości kancerogenne. Wszystkie izoformy MCYST mają zdolność do inhibicji fosfataz proteinowych typu 1 i 2A, z czego wynika, że są one promotorami nowotworów wątroby.

Niektóre gatunki sinic wytwarzają kilka różnych rodzajów toksyn. Niektóre toksyny wykazują działanie onkogenne. Mogą być promotorem powstawania guzów nowotworowych Masowe zakwity sinic występują przede wszystkim w zbiornikach wodnych zanieczyszczonych przez człowieka. Sinice wydzielają toksyny działające na skórę, wątrobę i układ nerwowy oraz promujące rozwój nowotworów. Trzeba podejmować działania ograniczające rozwój sinic, a wodę ze zbiorników z zakwitem sinicowym należy badać na obecność toksyn sinicowych.

Wpływ zakwitów sinicowych na chemizm wód powierzchniowych

Najbardziej uderzającym skutkiem eutrofizacji są zakwity glonów, kiedy na ogromnych obszarach masowy rozwój drobnych glonów gwałtownie zmniejsza przejrzystość wody i prowadzi

okresowo do tworzenia się szumowin i odrażających zapachów. Glony tworzące takie zawiesiny

to sinice, które dzięki pęcherzykom powietrza ułatwiającym utrzymanie się w wodzie, łatwo

przedostają się do wód powierzchniowych. Taki sposób tworzenia zakwitów zależny jest od

trzech warunków: wcześniejszej obecności populacji glonów, znaczącego udziału komórek z wakuolami zawierającymi gaz i stabilności kolumny wody.

Intensywne zakwity glonów notowano na otwartych wodach Bałtyku już od połowy

ubiegłego wieku. Badania z końcowych lat tego wieku i początków wieku XX wykazywały masowe występowanie sinic Nodularia spumigena i Aphanizomenon flosaquae. Tłumaczono te zakwity jako efekt dopływu składników pokarmowych z rzek i wód przybrzeżnych.

Dzisiaj, jednym z ważniejszych, palących problemów Morza Bałtyckiego jest niedostateczne

natlenienie głębszych wód.

Zużycie tlenu w wodach głębokich prowadzi do jego znacznych ubytków o ile nie zostanie uzupełniony przez mieszanie dobrze wysyconych wód powierzchniowych z głębszymi warstwami.

Rys. malejące stężenie tlenu w najgłębszych partiach Bałtyku właściwego. W ciągu ostatniego dziesięciolecia siarkowodór zastąpił tlen i przestały egzystować wszystkie wyższe formy życia.

Zakwity glonów i sinic mogą nadawać wodzie zabarwienie pozorne i rzeczywiste.

Barwę pozorną wywołują zawiesiny glonów i sinic, które mogą zawierać różnego typu barwniki naturalne (chlorofil, karoten), samo zabarwienie zależy od charakteru dominujących w zakwicie gatunków (zielony, zielononiebieski-sinice, żółtobrązowy oraz brązowy). Z kolei barwę rzeczywistą nadają wodzie wyżej wspomniane barwniki uwolnione już do wody w procesie lizy komórek, glonów i sinic. Intensywność zabarwienia rzeczywistego zależy wiec od ilości obumarłych komórek znajdujących się w wodzie zbiornika.

Obecność w wodzie glonów i sinic może tez nadawać wodzie charakterystyczny bardzo nieprzyjemny zapach, którego intensywność i charakter mogą wyraźnie zależeć od rodzaju kwitnących glonów i sinic oraz od ich ilości w wodzie podczas zakwitu (aromatyczny, trawiasty, pleśni, rybny, mułu oraz zapach tranu). Charakterystyczny zapach nadają też rozkładające się karotenoidy. Zakwity mogą być też przyczyną wzrostu mętności wody spowodowanego wprowadzeniem do niej dużej ilości substancji o charakterze koloidalnym, pochodzących z rozkładających się komórek sinic, glonów i bakterii.

Przyczyny powstawania zakwitów sinicowych

Duża częstotliwość występowania zakwitów w różnorodnych warunkach geograficznych wynika z umiejętności adaptacji do skrajnych warunków fizykochemicznych otaczającego środowiska. Szczególnie często są jednak spotykane w przybrzeżnych wodach ciepłych mórz, a także w jeziorach i zbiornikach zaporowych. Czynnikami mającymi, w ich przypadku, decydujący wpływ na szybkość rozwoju populacji są:

(a) średnia dzienna dawka naświetlenia,

(b) średnia dobowa temperatura wody

(c) odpowiednia dostępność składników mineralnych w wodzie, zwłaszcza związków azotu
i fosforu.

Czynniki decydujące o efektywności zakwitów mają bardzo złożony charakter. Ilość dostępnego węgla może stać się czynnikiem ograniczającym w przypadku wód eutroficznych o wysokiej wartości pH. W tym przypadku zdolność sinic do wiązania CO₂ (80-krotnie wyższa niż u zielenic) pozwala na szybki wzrost przy braku konkurencji. Brak azotu w wodzie jest również czynnikiem pozwalającym na konkurowanie z innymi glonami eukariotycznymi. Jeśli deficyt następuje w okresach stratyfikacji termicznej, szczególnie silnie będą rozwijały się gatunki zdolne do wiązania azotu atmosferycznego (np.Aphani-zomenun flos-aąuae, Nochilaria spumige-na, Anabaena spumigena). Jeśli jednak będzie miało miejsce przynajmniej częściowe mieszanie wód to dostępne będą duże ilości azotu amonowego, pochodzącego z osadów dennych, dostępnego tylko dla sinic. Spowoduje to z kolei rozwój gatunków sinic niezdolnych do wiązania azotu atmosferycznego
(np.: Microcvstis aentgi-nosa, Oscillatoria aghardii, Gomphosphe-ńa naegelicma).

Toksyny produkowane przez sinice można podzielić na kilka grup, w zależności od mechanizmu ich toksycznego oddziaływania na ustroje żywe. Tak, więc wyróżnić tu można;

(a) neurotoksyny (ana-toksyna. afanatoksyna), - atakujące układ nerwowy

(b) hepatotoksyny (mikrocyslyna, nodularina),-- uszkadzające wątrobę

(c) cytotoksyny (akiitificyna, scytoficyna, cyanobakle-ryna) - uszkadzające różne komórki organizmu

(d) toksyny o nie do końca poznanym mechanizmie oddziaływania toksycznego - działające drażniąco na skórę i błony śluzowe.

Szczególnie żywe zainteresowanie budzi mikrocystyna (MCYST) ze wzglądu na swoją wysoką toksyczność ostrą, jak również udowodnione właściwości kancerogenne. Wszystkie izoformy MCYST mają zdolność do inhibicji fosfataz proteinowych typu 1 i 2A, z czego wynika, że są one promotorami nowotworów wątroby.

Niektóre gatunki sinic wytwarzają kilka różnych rodzajów toksyn. Niektóre toksyny wykazują działanie onkogenne. Mogą być promotorem powstawania guzów nowotworowych Masowe zakwity sinic występują przede wszystkim w zbiornikach wodnych zanieczyszczonych przez człowieka. Sinice wydzielają toksyny działające na skórę, wątrobę i układ nerwowy oraz promujące rozwój nowotworów. Trzeba podejmować działania ograniczające rozwój sinic, a wodę ze zbiorników z zakwitem sinicowym należy badać na obecność toksyn sinicowych.

Bez względu jednak na pierwotny cel występowania tych związków, ich toksyczność nie ulega wątpliwości.

Stanowi więc szczególnie istotny problem wtedy, gdy zakwity sinicowe pojawiają się w zbiornikach wód powierzchniowych (szczególnie narażone są na to zbiorniki zaporowe), będących źródłem wody pitnej dla aglomeracji ludzkich. Wykrycie obecności toksyn sinicowych w wodach jezior i zbiorników zaporowych, stawia nowe problemy przed stacjami uzdatniania wody.

Ze względu na swoją strukturę mikrocystyny są bardzo trwałymi związkami chemicznymi.

W naturze ulegają biodegradacji, ale jest to proces stosunkowo powolny, polegający na rozkładzie cząsteczki pod wpływem enzymów produkowanych przez niektóre rodzaje bakterii np. Pseudomonas .

Zjawisko to wykorzystuje się przy stosowaniu w procesach uzdatniania wody, tzw. filtracji powolnej, osiągając akceptowany poziom degradacji mikrocystyn. Jednak konwencjonalne metody uzdatniania wody do celów konsumpcyjnych, takie jak filtracja pospieszna, koagulacja są mało efektywne przy usuwaniu tych substancji z wody.

Prowadzi się więc prace zmierzające do powstania metod pozwalających na zapewnienie niezbędnego bezpieczeństwa fizyczno-chemicznego wody. Wydaje się, że warunek ten spełnia metoda wykorzystująca adsorpcję przy użyciu węgli aktywnych w połączeniu z silnymi utleniaczami stosowanymi do dezynfekcji takimi jak ozon czy chlor.

6. Zaburzenia równowagi hormonalnej w ekosystemach. Substancje o działaniu estrogennym w środowisku.

Estrogeny "środowiskowe" to związki chemiczne naturalne, pochodzenia roślinnego,
bądź syntetyczne jak np. insektycydy (DDT), o działaniu podobnym do estrogenów.
Mogą one powodować szereg zaburzeń, takich jak: niepłodność, przerost wyściółki pochwy, przedwczesny rozwój sutków oraz feminizację u chłopców. Są bardzo wolno eliminowane
z organizmu, a badania nad odległymi efektami ich działania na organizm ludzki trwają.

Dichlorodifenylotrichloroetan

W ostatnich latach naukowcy dostrzegają, jak wiele substancji, które ludzie produkują, działa jak żeńskie hormony. Ogólnie zwie się je „estrogenami środowiskowymi” lub „ksenoestrogenami”. Występują w plastikowych butelkach, zabawkach dla dzieci, w kosmetykach, wodach zanieczyszczonych miejskimi ściekami, opakowaniach na żywność, mięsie czy w produktach sojowych. Jednym z pierwszych ksenoestrogenów, jakie udało się człowiekowi wytworzyć, był niesławny DDT.

Dichlorodifenylotrichloroetan (DDT, dwuchlorodwufenylotrójchloroetan, 1,1,1-trichloro-2,2-bis(4-chlorofenylo)etan), znany pod nazwą handlową Azotox, Ditox, Tritox , Anofex, Cesarex, Chlorophenothane, Dedelo, p, p'-DDT, Dichlorodiphenyltrichloroethane, Dinocide, Didimac, Digmar, ENT 1506, Genitox, Guesapon, Guesarol, Gexarex, Gyron, Hildit, Ixodex, Kopsol, Neocid, OMS 16, Micro DDT 75, Pentachlorin, Rukseam, R50 i Zerdane (w Polsce Azoteks) - środek owadobójczy otrzymywany przez kondensację chloralu z chlorobenzenem w obecności stężonego kwasu siarkowego. Syntezę DDT przeprowadził po raz pierwszy w 1874 austriacki chemik Othmar Zeidler.

Oczywiście, nikt nie przypuszczał, że ma on jakiekolwiek działanie feminizujące.

Zadanie, jakie postawiono przed tym związkiem, było całkowicie odmienne. Wyprodukowano go w latach 50., by niszczył owadzie szkodniki upraw. Stał się pierwszym stosowanym na masową skalę pestycydem.

Wkrótce odkryto, jak bardzo szkodzi przyrodzie i ludziom. W większości krajów już w latach 70. wprowadzono zakaz jego produkcji. Ale DDT nadal trwał w środowisku. I dopiero w latach 80. i 90. zaczęto odkrywać jego nowe oblicze.

Louis Guillette z Uniwersytetu Florydy zauważył na przykład, że w jeziorze Apopka, w którym utrzymywał się wysoki poziom DDT, samcom aligatorów rosły mniejsze penisy, a samice przechodziły „superowulacje”. Prawdopodobnie ten pestycyd był też odpowiedzialny za feminizację ryb w Wielkich Jeziorach Północnoamerykańskich.

W 2002 roku odkryto, że ksenoestrogenem jest również popularny środek do zwalczania chwastów - atrazyna. W przeciwieństwie do DDT nie jest zakazany. W USA powszechnie stosuje się go do ochrony upraw kukurydzy, soi. Naukowcy z Uniwersytetu Kalifornii w Berkeley hodowali żaby w akwariach zanieczyszczonych tym herbicydem.

Okazało się, że wystarczało stężenie 30 razy niższe od amerykańskich norm, by samce płazów zaczęły wytwarzać w jądrach komórki jajowe. W efekcie powstawały osobniki obojnacze, często bezpłodne.

Ftalany

Ksenoestrogenami są również niektóre plastiki lub środki używane przy ich obróbce. Ftalany na przykład stosuje się powszechnie przy wytwarzaniu produktów z popularnego PCV. W domach jest więc ich mnóstwo - na podłodze, ścianach, w zabawkach dziecięcych czy opakowaniach na jedzenie. Ftalany są też obficie dodawane do kosmetyków - między innymi do lakieru do paznokci, lakieru do włosów i perfum.

W 2005 roku w USA analizowano wpływ tych związków na kobiety w ciąży. Okazało się, że podwyższony poziom ftalanów osłabiał działanie męskich hormonów płodu. Prowadziło to do zmian wielkości penisa u chłopców oraz utrudniało zstępowanie jąder do moszny.

W plastikowych butelkach dla niemowląt wykryto jeszcze jeden związek, który podszywa się pod estrogeny - bisfenol A.

Zazwyczaj wydziela się go do pokarmu na tyle mało, że jest niegroźny dla zdrowia.

No, chyba że butelki zaleje się gorącą wodą. W styczniu 2008 roku ogłoszono badania,
z których wnika, że ich gotowanie zwiększa ilość uwalniającego się bisfenolu A aż 55 razy. Jak może to wpływać na narządy płciowe chłopców, do końca nie wiadomo. Naukowcy dowiedli na razie, że związek ten przyspiesza dojrzewanie płciowe myszy.

Do niedawna uważano, że niektóre ksenoestrogeny występują w środowisku w zbyt małych ilościach, by feminizować ludzi czy zwierzęta. Ale - jak w lutym ogłosili duńscy naukowcy - wystarczy zmieszać kilka takich związków, by popsuć szyki samcom.

Ciężarnym szczurzycom badacze podawali koktajl trzech estrogenów środowiskowych - dwóch pestycydów i jednego lekarstwa. Wszystkie substancje występowały w niewielkim stężeniu uważanym za całkowicie nieszkodliwe. A jednak większość samców, które się potem urodziły, miała sfeminizowane ciało. U części rozwinęły się sutki, u innych źle uformowały się męskie narządy płciowe i aż 60 procent z nich chorowała na spodziectwo (polega to na tym, że ujście cewki moczowej nie znajduje się na szczycie penisa, ale na jego dolnej powierzchni, a w skrajnych wypadkach w mosznie lub w kroczu).

Szkodliwe butelki PET

Woda mineralna przechowywana w plastikowych butelkach PET zawiera czynniki chemiczne o działaniu zbliżonym do estrogenów, zaburzając prawidłowy przebieg procesów fizjologicznych komórek mających kontakt z cieczą.

Badania prowadzone były przez niemieckich naukowców z Johann Wolfgang Goethe University i polegały na hodowli różnego rodzaju organizmów (drożdży oraz ślimaków z gatunku Potamopyrgus antipodarum) w dostępnej handlowo wodzie mineralnej. Naukowcy zaopatrzyli się w 20 różnych gatunków wody mineralnej, która butelkowana była w szklane lub plastikowe butelki wykonane z PET (ang. polyethylene terephthalate).

W trakcie eksperymentów okazało się, iż drożdże hodowane w wodzie przechowywanej w butelkach PET (w ponad połowie badanych butelek) zachowują się tak, jak w przypadku hodowli w cieczy wzbogaconej naturalnym estrogenem - 17Ô-estradiolem - o średnim stężeniu dochodzącym do 18 nanogramów na litr cieczy. Nanogram to miliardowa część kilograma. W niemal wszystkich analizach, silniejszy efekt obecności hormonów estrogenowych obserwowany był w hodowli drożdży prowadzonej w wodzie z butelek PET, w porównaniu do eksperymentów prowadzonych na cieczy ze szklanych opakowań.

Niepokojące wyniki składu chemicznego wody potwierdziły badania polegające na 56 dniowej hodowli ślimaków z gatunku Potamopyrgus antipodarum w wodzie przechowywanej w szklanych oraz plastikowych butelkach. Ślimaki hodowane w cieczy pobranej z butelek PET wykazywały znacznie wyższy stopień rozrodczości, w efekcie czego w tych hodowlach powstało ponad dwa razy więcej embrionów, niż w hodowlach prowadzonych na wodzie pobranej ze szklanych butelek.

Nie jest obecnie znany czynnik, który wywołuje fizjologiczne zmiany komórek mających kontakt z wodą mineralną pobraną z butelek PET. Naukowcy przewidują, iż odkrycie "winowajcy" nie będzie proste, między innymi z tego powodu, iż może nie być to jedna konkretna substancja chemiczna, która przedostaje się z opakowania do wody mineralnej.

Według autorów odkrycia, konieczne są dalsze intensywne badania, by móc jednoznacznie określić czy butelki wytwarzane z PET są bezpieczne dla ludzi.

Literatura:

1. A.Stańczykowska, ,,Ekologia naszych wód”, WSiP Wa-wa 1975r.

2. Piotrkowskiego J.K. :„ Podstawy toksykologii”, Wydawnictwo Naukowo-

Techniczne, Warszawa 2006

3. Zakrzewski S.F.„Podstawy toksykologii środowiska”, Wa-wa 95, Wyd. PWN

4. Jerzego Brandys J. : „Toksykologia” , Wydawnictwo Uniwersytetu Jagiellońskiego, Kraków

1999.

5. Paweł Rejmer.: Podstawy ekotoksykologii ,WNT, Lublin 1997

6. Jerzy K. Piotrkowski: Podstawy toksykologii, WNT, Warszawa 2006.

7. D. Heiserman: Księga pierwiastków chemicznych, Wydawnictwo Prószyński i s-ka, Warszawa

1997.

8. Starosta J.: Chrom w układach biologicznych, Chemia w Szkole W-wa 3/2001

9. Chmielewski P., Jezierski A.: ,,Słownik Encyklopedyczny chemia” Wyd. Europa, Wrocław 1999.

10. Gawęda E.- Bezpieczeństwo pracy:,,Kadm i jego związki w środowisku pracy'' Wyd.

Prószyński i S-ka Warszawa 10/2003.

11. Bogdanik T.: Toksykologia Kliniczna, PZWL, Warszawa 1988.

12. Ufnalski W.: Chemia w szkole średniej, WNT, Warszawa 1998.

13. H. Vockenwuber, „Bomba zegarowa - ozon”, Oficyna Wydawnicza SPAR, Warszawa.

14. A. Dziewulska - Łosiowa, „Ozon w atmosferze”, PWN, Warszawa 1989.

15. J. S. Stodółkiewicz, „Astrofizyka ogólna z elementami geofizyki”, PWN, Warszawa 1982.

16. R. Kołos, „Znikający ozon”, artykuł, Wiedza i Życie - 04/96

17. A. Kabziński, ,,Sinice i ich toksyny w uzdatnianiu wód”, AURA nr 9/2007r

18. Witolda Semczuk W. : „Toksykologia współczesna” , Wydawnictwo Lekarskie

PZWL, Warszawa,2005.

19. Wojciech Mikołuszko "Przekrój", nr 10/2008

20. http://hotnews.pl/artnauka-255.html

21. Z. Kajak: Eutrofizacja jezior, PWN Warszawa. 1979

---