Алюминий как токсикант в окружающей среде

НИЖЕГОРОДСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

Факультет почвоведения, агрохимии, агроэкологии

Заочное отделение

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине Экотоксикология

Тема «Алюминий как токсикант в окружающей среде»

Выполнила:

Студентка 4 курса, гр.

Проверил:

Нижний Новгород

2006

Введение

1.                       Общие закономерности действия токсикантов на природные системы

2.                       Химические и физические свойства алюминия, определяющие его токсическое действие

3.                       Воздействие алюминия на компоненты экосистем

4.                       Мероприятия по уменьшению воздействия тяжелых металлов на окружающую среду

Заключение

Список литературы

Введение

В XX веке, особенно во второй его половине, стало очевидным то отрицательное влияние на окружающую среду, которое способен оказать своей деятельностью человек. В связи с этим возникла, с одной стороны, проблема защиты окружающей среды от человека, а с другой – человека от факторов им же нарушенной среды обитания  

   Экологическое неблагополучие почвы, воды и воздуха определяется накоплением в этих средах широкого спектра опасных для здоровья чужеродных веществ, поступающих через продукты питания в организм человека. К ним относятся металлы, радионуклиды, пестициды, нитраты и нитриты, полициклические ароматические и хлорсодержащие углеводороды, диоксины, а также метаболиты микроорганизмов. Эти вещества могут в большей или меньшей степени мигрировать из одной среды в другую, а также взаимодействовать между собой как вне организма, так и внутри него.

Металлы - это основа человеческой цивилизации. Поэтому неудивительно, что объемы добычи их и использования огромны. Считается, что если добыча данного элемента опережает его естественный перенос в биогеохимическим цикле в 10 раз, то такой элемент должен рассматриваться как загрязнитель. По многим металлам эта норма перекрыта сейчас в 15-20 и более раз. Особенно опасно загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами.

Многие металлы, находящиеся в окружающей среде, имеют токсикологическое значение. В частности, к таковым относятся мышьяк, кадмий, медь, кобальт, хром, ртуть, марганец, никель, свинец, селен, цинк и некоторые другие. Важно, что большинство из них играет важную роль в физиологических процессах, а их дефицит вызывает серьезные заболевания. В то же время повышенное поступление этих металлов в организм человека способно вызвать тяжелые токсические реакции. Соединения и ионы этих металлов, попадая в организм, взаимодействуют с рядом ферментов, подавляя их активность. Согласно решению, принятому Объединенной комиссией ФАО/ВОЗ и закрепленному в Codex Alimentarius, обязательному контролю при производстве и торговле подлежат концентрации ртути, кадмия, свинца, мышьяка, стронция, цинка и железа. В России обязательному контролю подлежат также сурьма, никель, хром, алюминий, фтор, йод.

Цель данной работы - изучить токсические свойства алюминия, его роль в экосистемах, а также механизм токсического воздействия на живые организмы.

1. Общие закономерности действия токсикантов на природные системы

В настоящее время токсичное воздействие техногенных загрязнителей на окружающую среду является общепризнанным.

К приоритетным загрязняющим веществам, воздействие которых достаточно хорошо изучено, относятся двуокись серы, озон, окислы азота и фториды. В зависимости от природы техногенных факторов их воздействие на природные и аграрные экосистемы может осуществляться как в результате непосредственного облучения от источника, так и при миграции загрязняющих веществ (рис. 1).

Рис. 1. Пути воздействия техногенных факторов и пути миграции токсикантов в

агроэкосистемах

Выбросы загрязняющих веществ могут оказывать как прямое, так и опосредованное (непрямое) воздействие на растительные и животные организмы. Прямые эффекты (в первую очередь, влияние на здоровье человека и животных, поражение растительности) происходит за счет повышенного содержания загрязняющих веществ в атмосферном воздухе, они носят в основном локальный характер. Среди вторичных эффектов загрязнения природных и аграрных экосистем можно назвать поражение наземной растительности за счет изменения характеристик почвы и соответствующего изменения характера питания растений.

Среди токсикантов значительную опасность представляют металлы и их соединения. Поведение металлов в природных средах во многом зависит от специфичности миграционных форм и вклада каждой из них в общую концентрацию металла в экосистеме. Для понимания миграционных процессов и оценки токсичности тяжелых металлов недостаточно определить только их валовое содержание. Необходимо дифференцировать формы металлов в зависимости от химического состава и физической структуры: окисленные, восстановленные, метилированные, хелатированные и др. Наибольшую опасность представляют лабильные формы, которые характеризуются высокой биохимической активностью и накапливаются в биосредах. По чувствительности к ним животных и человека металлы можно расположить в следующий приблизительный ряд: Hg > Cu > Zn > Ni > Pb > Cd > Cr > Sn > Fe > Mn > Al.

Воздействие химических токсикантов на почву

Основная часть вредных химических веществ промышленных выбросов попадает на поверхность почвы, при этом газы преимущественно в виде осадков или непосредственно самих газов, а пыль выпадает под действием силы тяжести в виде различных частиц. В зависимости от свойств почв и характеристик выпадений могут проявляться как положительные, так и отрицательные последствия. Вредные химические вещества могут оказывать непосредственное влияние на биоту, осаждаясь на зеленую массу растений, или косвенно, закисляя почву и меняя ее химический состав.

Воздействие химических токсикантов на растения. Действие на растения зависит от вида и концентрации вредных веществ, длительности их воздействия, восприимчивости различных видов растений к загрязнителям, стадии физиологического развития в момент воздействия. Наиболее существенными факторами являются концентрация вредных веществ и длительность их воздействия. Влияние загрязнителей возрастает: при высокой влажности воздуха или тумане; при наличии других вредных веществ; в случае каких-либо неблагоприятных факторов (мороз, засуха, жара); при определенных стадиях роста и развития растений /Влияние загрязнений воздуха..., 1981/. В зависимости от внешних факторов среды действие токсикантов может быть снижено в период ограниченной физиологической активности растений (например, ночью, а у хвойных деревьев - зимой).

Различают 2 типа видимых повреждений растений: острые и хронические. Острое поражение происходит при кратковременном воздействии высокими концентрациями загрязняющих веществ. У растений появляются некротические или обесцвеченные участки листьев. Хроническое поражение вызывается многократными выбросами загрязнителя и обычно проявляется в виде хлороза

Действие химических веществ на растения /Влияние загрязнений воздуха..., 1981/

Воздействие химических токсикантов на животных. Загрязнение воздуха, как пылевидные, так и газообразные, могут нанести ущерб не только растениям, но и животным. Токсичные вещества действуют непосредственно через органы дыхания животного или во время поедания им загрязненного корма. Подобно растениям у животных тоже существуют различные реакции на некоторые токсические вещества (Влияние загрязнений воздуха…, 1976).

Воздействия вредных веществ на животных могут быть любого вида и неспецифичными, но, тем не менее, характерными и даже патогномичными (Cohrs, 1960; Kiihnert, 1973). В большинстве случаев наблюдаются меняющиеся картины болезней.

Причины кроются, в первую очередь, в концентрациях и количествах вредных веществ, а также в длительности их поглощения. Кроме того, играют роль и различные метеорологические параметры, а также конституция, возраст и физиологическое состояние животного. Особые и наиболее типичные картины болезней проявляются под воздействием мышьяка, свинца, меди, молибдена, селена, фтора, а также двуокиси серы.

Последствия отравления общего характера у животных проявляются в уменьшении аппетита, нарушении пищеварения, поносе, истощении, нарушении полового цикла, выкидышах, рождении слабых животных, сухости кожи, ломком и взъерошенном волосяном покрове, различных дерматитов, а также в снижении продуктивности животных. В результате общих повреждений возникает предрасположенность к другим заболеваниям на фоне снижения общей резистентности организма животного.

Потребление пыли проходит через корм. Наиболее прочно загрязнения удерживаются на пастбищном травостое, на сене и кормовых культурах, выращиваемых на силос или сенаж. Экспериментально было установлено влияние загрязненного пылью корма на удои молока у коров, содержащихся в районе выбросов ТЭС. Абсолютное снижение удоев молока в период проведения исследований варьировало от 1,1 до 1,3 кг на каждое животное в день.

Установлено, что под действием пыли сильно страдает качество подножного корма и сена, в результате чего снижение удоев молока может дойти до 9,1-12,5%. Прирост живой массы у мясных пород крупного рогатого скота снижается от 19,4 до 37,5%. Holte (1957) установил, что прирост живой массы у крупного рогатого скота под действием летучей золы бурого угля снижается от 3,9 до 39,7%.

2.      Химические и физические свойства алюминия, определяющие его токсическое действие

 Алюминий - один из наиболее распространенных в земной коре элементов, легкий металл. На его долю приходится 5,5-6,6 мол. доли % или 8 масс. %. Главная масса его сосредоточена в алюмосиликатах. Чрезвычайно распространенным продуктом разрушения образованных ими горных пород является глина, основной состав которой отвечает формуле Al2O3.2SiO2.2H2O. Из других природных форм нахождения алюминия наибольшее значение имеют боксит Al2O3.H2O. и минералы корунд Al2O3 и криолит AlF3.3NaF.