01.02.2017
ХИМИЧЕСКИЕ СПУТНИКИ ЗЕМЛИ И ХИМИЧЕСКИЕ БУМЕРАНГИ: ПРОБЛЕМЫ ХИМИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

 

Первая часть статьи профессора Валерия Петросяна (статья разделена на части условно).

 

Рассмотрена предложенная автором концепция «Химических спутников Земли» — токсичных веществ, попадающих в атмосферу Земли и совершающих разнообразные маршруты до выпадения с дождем или снегом в разных регионах нашей планеты.

 

Рассмотрена также предложенная автором концепция «Химических бумерангов» — токсичных веществ, которые используются для решения различных проблем, но затем попадают в организм человека и оказывают негативные эффекты на его здоровье. Обсуждено предложенные автором толкования определений «Токсичность», «Экотоксичность» и «Химическая безопасность», базирующиеся на рассмотрении «Химических стрессов» человека, животных и растений.

 

 

I. Введение.

 

Химическая наука за длительный период своего развития способствовала значительному развитию общества благодаря разнообразным применениям большого числа природных и синтетических веществ (углеводородное топливо, полимеры, удобрения, пестициды, масла, красители, пищевые добавки, косметика, лекарства, растворители и многое другое). Долгое время казалось, что стремительное внедрение десятков тысяч химических веществ и препаратов, позволившее значительно повысить жизненный комфорт и эффективность во многих областях человеческой деятельности, будет и дальше беспрепятственно расширять сферу использования различных продуктов химии. Однако, уже к середине двадцатого века возникли серьёзные экологические проблемы и стало очевидно, что использование многих химических веществ приводит к значительной биодеградации водных и террестриальных экосистем, ярко выраженному уменьшению биоразнообразия и существенному ухудшению здоровья человека.

 

В качестве первого примера можно привести нефтяные углеводороды (бензин, керосин, дизельное топливо), при сжигании которых образуются и поступают в окружающую среду канцерогенный бенз(а)пирен, вызывающий гипоксию (кислородное голодание) монооксид углерода и влияющий на глобальное изменение климата диоксид углерода.

 

К другим примерам относятся:

 

1) полихлорированные бифенилы (ПХБ), используемые в качестве термостойких добавок к маслам трансформаторов и конденсаторов и обладающие сильными негативными эффектами на здоровье человека;

 

2) поливинилхлорид (ПВХ), сжигание остатков которого приводит к образованию и накоплению в биосфере очень устойчивых и одних из самых токсичных веществ — полихлорированных дибензодиоксинов (ПХДД) и дибензофуранов (ПХДФ);

 

3) азотсодержащие удобрения, приводящие к накоплению в организмах нитрат-ионов, легко трансформирующихся в токсичные нитрит-ионов и приводящие к образованию канцерогенных нитрозаминов;

 

4) хлорорганические пестициды, включая ДДТ и продукты диенового синтеза, вызывающие раковые и другие заболевания;

 

5) производные алкилфенолов, используемые в стиральных порошках и моющих средствах и негативно влияющих на репродуктивное здоровье как женских, так и мужских организмов;

 

6) броморганические антивоспламенители, добавляемые в краски и импрегнируемые в различные материалы, но при выделении из них разрушающие внутренние органы человека;

 

7) канцерогенная перфтороктановая кислота, используемая для получения перфторированных полимеров, применяемых в качестве антипригарных покрытий в кухонной посуде;

 

8) фреоны, использовавшиеся долгое время в качестве хладоагентов и разрушающие внутренние органы людей, а также защитный озоновый слой Земли.

 

И этот список, к сожалению, можно значительно расширить.

Ниже рассматриваются подробно предложенные автором ранее1 концепции «химических спутников Земли» и «химических бумерангов», а также определения «токсичность», «экотоксичность», «химические стрессы» и «химическая безопасность». Эти концепции и определения автора обзора являются оригинальными, т.е. работ других авторов с аналогичными подходами не существует.

 

II. Химические спутники Земли и глобальное загрязнение окружающей среды.

 

Токсичные вещества, попадающие в атмосферу с выбросами из труб автомобилей, промышленных и энергетических предприятий, со свалок промышленных и бытовых отходов, с сельскохозяйственных полей и т.д., подхватываются ветром и, в соответствии с «розой ветров», совершают короткие и длинные (включая кругосветные) маршруты, прежде чем выпадают с дождём или снегом в различных регионах нашей планеты.

 

Именно поэтому мы назвали эти вещества химическими спутниками Земли и, проведя анализ выпадающих осадков и сбросов сточных вод и отходов в водные и террестриальные экосистемы, сделали вывод о том, что химические спутники Земли дают очень важные вклады в суммарное загрязнение не только атмосферы, но также почв и природных вод (как поверхностных, так и подземных). Следовательно, загрязнение окружающей среды токсичными веществами является глобальной экологической проблемой, т.к. выбросы могут иметь место в Азии, Африке или Южной Америке, а загрязнение атмосферы, почв и вод будет происходить в Европе и Северной Америке, или в Австралии и Антарктиде.

 

Моделирование трансграничного переноса. Ранее для анализа трансграничного переноса различных химических соединений было развито несколько качественных и количественных моделей. Некоторые примеры таких глобальных моделей2-6 приведены в

Таблице 1. Анализ с помощью таких моделей показывает, что все три основных типа химических веществ — органические, неорганические и металлоорганические могут вести себя как химические спутники Земли.

 

Приоритетные тяжёлые металлы. Посмотрим, насколько велики антропогенные выбросы тяжёлых металлов, например, в странах Европейского Союза. Наиболее типичные величины выбросов7 приведены в Таблице 2.

 

Так как уровни выбросов весьма высоки, то происходят значительные выпадения этих тяжелых металлов и, как следствие, наблюдаются высокие концентрации свинца, кадмия и ртути в окружающей среде. Краткий анализ ситуации с этими тремя важными металлами приведен ниже:

 

Свинец: самые высокие концентрации наблюдались в атмосфере Центральной и Восточной Европы (100 нг/м3); максимальные уровни в его отложениях достигали 10 мкг/л.

 

Кадмий: максимальные уровни загрязнения атмосферы наблюдались в Польше, Чешской Республике и Словакии (3 нг/м3); самые высокие концентрации в отложениях достигали 1.4 мкг/л.

 

Ртуть: наивысшие концентрации (660 г/км2/год) наблюдались в атмосфере и отложениях Восточной Германии, Юго-Западной Польши, Центральной России и Восточной Украины.

 

Важно иметь в виду, что выбросы токсикантов в любой стране по очевидной причине обычно загрязняют, прежде всего, территории и акватории этой страны, во-вторых — ближайших соседей и, в-третьих — других, расположенных во 2-ом и 3-ем окружениях стран. Очень хорошо иллюстрирующий это утверждение пример выбросов и осаждения тяжёлых металлов в России5приведен в Таблице 3.

 

Из приведённых в Таблице 3 данных со всей очевидностью следует, что, как правило, больше всего тяжёлых металлов, попавших с выбросами в атмосферу, выпадает на почвы и в воды самой страны-источника выбросов, а дальше уже эти приоритетные тяжёлые металлы оседают в соседних странах, а также в странах, расположенных вслед за непосредственными соседями.

 

Приоритетные органические токсиканты. В 2001 году большинством стран мира была подписана Стокгольмская Конвенция8, запрещающая производство и использование органических веществ, приведённых в Таблице 4. Дополнительный список стойких токсичных веществ (СТВ) был предложен в рамках проекта ЮНЭП-ГЭФ «Региональная оценка стойких токсичных веществ»9. Он включает в себя: 1-5) Пестициды: атразин, линдан, пентахлорфенол, хлордекон и эндосульфан; 6-14) Промышленные продукты: гексабромбифенил, короткоцепочечные хлорпарафины (КЦХП), октил— и нонилфенолы, олово— и свинецорганические соединения, полибромированные дифениловые эфиры (ПБДЭ), полифтороктановая кислота (ПФОА) и её сульфонат (ПФОС), а также фталаты; 15-16) Непреднамеренные продукты: полиядерные ароматические углеводороды (ПАУ) и ртутьорганические соединения. Начиная с 1-ой Межправительственной конференции ООН по СОЗ в Пунта-дель-Эсте (Уругвай, 2005) Правительства многих стран официально предложили ООН добавить многие из вышеприведённых 16 стойких токсичных веществ (атразин, КЦХП, линдан, ПБДЭ, фталаты, эндосульфан и др.) к списку СОЗ Стокгольмской Конвенции.

 

Химические спутники и озеро Байкал. Мы показали10 в рамках проекта, посвященного экотоксикологическим проблемам озера Байкал, что байкальская биота загрязняется, главным образом, СТВ, попадающими в озеро либо через атмосферный трансграничный перенос (ПАУ и ПХБ), или же с водами впадающей в озеро реки Селенги (ДДТ и его метаболиты). Полученные экспериментальные данные по биоаккумуляции различных органических экотоксикантов в различных видах байкальской биоты, включая эндемичного байкальского тюленя — нерпу, приведены в Таблице 5. В Таблице 6 приведены суммарные данные11 по биоаккумуляции различных органических экотоксикантов в яйцах 16 видов птиц Байкальского региона, что позволяет сделать выводы о степени накопления этих токсикантов в трофической цепи: вода — фитопланктон — зоопланктон — рыбы — птицы. Анализ этих данных показывает, что уровень биоаккумуляции ПАУ существенно более высок для таких птиц как Anas platyrhynchos, Podiceps auritus и Tringa stagnatilis. В то же время, максимальные уровни биоаккумуляции фенолов набдюдаются для таких видов как Podiceps auritus и Anas clypeata. В случае хлорорганических соединений уровень биоаккумуляции максимален для Anas clypeata, Tringa stagnatilis и Aythia fuligula. Максимальные суммы нитробензолов обнаружены в Aythia fuligula, Tringa stagnatilis, Anser anser и Anas platyrhynchos. И, наконец, дибензофуран более всего биоаккумулировался в Aythia fuligula и Gallus gallus.

 

Таким образом, из полученных данных можно со всей очевидностью сделать вывод, что химические стрессы байкальской биоты происходят с вполне определёнными закономерностями для отдельных видов, что и характеризует разную экотоксичность одних и тех же веществ для разных биологических видов. При этом, под экотоксичностью мы, так же как и в рассмотренных в следующем разделе примерах токсичности (только в данном случае не для человека, а для биоты), имеем ввиду, что попадающие в растения и животных антропогенные вещества взаимодействуют с наиболее важными молекулами живых организмов, определяющими их нормальный физиологический и психический статус, что приводит к связыванию или разрушению этих биохимических мишеней, что, в свою очередь, приводит к отклонениям от нормального функционирования биоты.

 

Металлоорганические токсиканты и проблемы осетровых рыб Северного Каспия. В выполненном нами проекте показано12, что типичные для водных экосистем ртутьорганические и оловоорганические экотоксиканты оказывают существенные негативные эффекты на физиологические свойства Русского осетра (Asipenser gueldenstaedti B.) в северной части Каспийского моря.

 

На основании полученных экспериментальных данных мы пришли к выводу, что эти эффекты можно объяснить с помощью двух альтернативных механизмов участия металлоорганических экотоксикантов, RnMXm, в протекающих в организмах Русских осетров биохимических процессах, как это показано на Рис.1.

 

Один из механизмов (без разрыва связи углерод-металл) основан на общепринятом рассмотрении электроноакцепторных свойств металлов и взаимодействии этих металлов с электронодонорными атомами в биохимических мишенях, которое приводит к образованию молекулярных комплексов (если при этом не происходит разрыва связи металла с неорганическим лигандом) или к образованию ионных комплексов (если диссоциация связи металл — неорганический лиганд происходит). В обоих случаях образуемые комплексы представляют собой существенно модифицированные рецепторы, которые больше не могут функционировать так, как это делали свободные рецепторы и поэтому физиологические свойства осетров меняются.

 

Альтернативный механизм включает в себя в процессе комплексообразования металлоорганических экотоксикантов с электронодонорными лигандами гомолитический разрыв связей металл-углерод в металлоорганических экотоксикантах, участвующих в окислительно-восстановительных (или только восстановительных) процессах, приводящих к образованию свободных радикалов. Эти свободны радикалы разрушают биологические мембраны вследствие их участия в переносе электрона и пероксидном окислении липидов, а также ингибируют восстановление кислорода и синтез АТФ.

 

 

 

 

Рис.1. Участие металлоорганических экотоксикантов в биохимических процессах.

 

Эффект кузнечика. Ваня и Маккей3 предположили, что химическое вещество после выпадения без разложения на какую-то фазу (водную или почвенную) может обратно попасть в атмосферу, после чего может снова выпасть на поверхность Земли и эта процедура может продолжаться до тех пор, пока вещество не разложится («эффект кузнечика»). Они предположили также, что трансграничный перенос СТВ может происходить в одном из следующим состояний: 1) в виде паров, сорбированных на взвешенных частицах или растворенных во влаге облаков атмосферы; 2) растворенных в воде или сорбированных на частичках донных отложений в водных экосистемах; 3) в тканях мигрирующих животных и 4) как антропогенный перенос в виде продуктов и отходов

.

Полярная дистилляция. Ивата с сотрудниками13 наблюдали в глобальном масштабе, что температурные градиенты в космосе в комбинации с процессом перемешивания в атмосфере способствуют переносу веществ из тёплых регионов в холодные. Это приводит к высоким концентрациям СТВ в полярных и высокогорных регионах. Мы предложили называть этот эффект «полярной дистилляцией»1. Ваня и Маккей используют для него термин «холодная конденсация»14.

 

Разные типы химических спутников Земли. В концепцию химических спутников Земли и глобального загрязнения биосферы хорошо укладываются данные по выбросам и выпадениям приоритетных токсичных веществ, в том числе входящих в список СОЗ Стокгольмской конвенции, а также в список СТВ ЮНЕП и ГЭФ.

 

Хорошо согласуются с этой концепцией и результаты оценки выбросов гексахлорбензола (ГХБ) в Российской Федерации (Таблица 7)15. На его использование в сельском хозяйстве уже давно наложен запрет, однако, это высокотоксичное вещество до сих пор используется во многих странах в гражданских (фейерверки) и военных (дымовые завесы) пиротехнических средствах. Следует отметить, что при выпадении из атмосферы ГХБ в основном (89%) концентрируется в морской среде, существенно меньше — в почве (8%), воздухе (2,3%), лесной подстилке (0,6%) и растительности (0,3%)4.

 

По выбросам ПХБ в конце 90-х годов прошлого столетия Россия находилась (около 7 т/г) примерно на одном уровне с Испанией (8,7 т/г), что было, однако, существенно меньше, чем, например, в Германии (42,5 т/г)5. В Европе, в частности, в центральных районах континента в тот же период выпадения ПХБ были весьма интенсивны (20 г/км2/год). Для рассмотренных 42 стран это дало в сумме 113 т/год. Максимальные отложения в европейских городах наблюдались в Париже (28 г/км2/год). При выпадении из атмосферы ПХБ распределяются примерно поровну в морской среде (31%), почве (29%) и лесной подстилке (40%)5.

 

Существенные значения получены для выпадений в европейских странах бенз(а)пирена4. Самые высокие цифры для морей (до 3 мкг/м3) получены для вод Чёрного моря у берегов Грузии, России и Украины, а для вод Балтийского и Северного морей — у берегов Бельгии и Германии. Что касается биоаккумуляции бенз(а)пирена в растительности, то самые высокие значения (более 10нг/г) получены для Австрии, Бельгии, Боснии и Герцеговины, Грузии, Молдовы, Румынии и бывших республик Югославии. Наибольшие вклады в загрязнение Европы бенз(а)пиреном в 1998 году дали Польша, Россия и Украина (28, 91 и 18,6 т/год, т.е. 90% общего количества бенз(а)пирена, выпавшего в Европе). Из Таблицы 8 следует4, что около половины выбросов бенз(а)пирена из Польши и Украины в итоге осаждается в других странах, тогда как российские выбросы этого токсиканта, в основном (94%) осаждаются в самой России. В то же время, в общие суммы выпадения бенз(а)пирена в 1998 году в самих Польше, Украине и , в меньшей мере, в России, были существенны, как следует из Таблицы 9, и вклады других европейских стран4.

 

А какова же ситуация с диоксинами? Шаталов с сотрудниками6 показали (Таблица 10), что, как и в случае с ПХБ, основным компонентом окружающей среды, накапливающим ПХДД и ПХДФ, является почва. Расчёты показывают, что около 60% годового выброса диоксинов и фуранов выносится за пределы региона, для которого проводятся расчёты. Показано также, что странами с самыми высокими уровнями концентраций ПХДД и ПХДФ в атмосфере являются Чехия (12-52 фг/м3), Швейцария (8-31 фг/м3), Люксембург (23.7 фг/м3, Бельгия (10-27 фг/м3) и Словакия (10-28 фг/м3). Почвы более всего загрязнены в Люксембурге (15пг/г), Бельгии (11-22 пг/г), Нидерландах и Германии (0,5-22пг/г). В Таблице 10 приведены данные по выпадениям некоторых приоритетных токсикантов (в том числе и одного из приоритетных диоксинов) в европейские моря, которые получены с помощью модельных расчётов6.

 

III. Химические бумеранги и здоровье населения.

 

Автором предложено называть химическими бумерангами такие вещества, которые, будучи «запущенными» в повседневную жизнь для решения позитивных задач (например, хлорорганические пестициды, используемые для повышения урожаев сельскохозяйственных культур, броморганические антивоспламенители, предупреждающие самовозгорание электронной бытовой техники или оловоорганические соединения, предупреждающие биообрастание судов в Мировом океане) и выполнившими на первой половине петли бумеранга поставленную задачу, на ее второй половине попадают через трофические (пищевые) цепи в организм человека, накапливаются в нем и вызывают поражение центральной нервной и эндокринной систем, новообразования и другие серьезные заболевания. К другим наиболее важным последствиям, обусловленным действием токсикантов, являются: генотоксичность, некроз, иммунотоксичность, воспалительные процессы, общая цитотоксичность и гистопатология1.

 

В связи с тем, что токсические эффекты многих органических, неорганических и металлоорганических веществ в воздухе, воде, почвах, растениях, животных и людях были однозначно доказаны, в развитых странах уже в начале 70-х годов прошлого столетия были приняты законодательные акты, запрещающие использование некоторых токсичных веществ16. Достаточно привести пример с ДДТ, за успешное применение которого в борьбе с малярией швейцарскому исследователю Паулю Мюллеру в 1948 году была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине, а уже в 1972 году ДДТ в развитых странах был запрещён к использованию в связи с доказательством его биоаккумуляции в живых организмах и токсичном воздействии на них.

 

Химические стрессы человека и биоты (животных, растений) стали рассматривать в развитых странах в качестве важных факторов в рамках национальных стратегий безопасности. Например, в Японии Министерство окружающей среды, начиная с 1974 года, проводит систематический мониторинг уровня загрязнения окружающей среды в целом, и водных экосистем в частности, токсичными веществами17. В некоторых европейских странах, а также в Канаде и США, помимо приоритетных неорганических токсикантов, включая токсичные газы и соли тяжёлых металлов (Табл.11), в последние годы значительные усилия прикладываются для предотвращения дальнейшего загрязнения окружающей среды приоритетными стойкими токсичными веществами (СТВ), включая СОЗ — стойкие органические загрязнители (Табл.12), а в самое последнее время и металлоорганические токсиканты (Табл.13).

 

В США последние два десятилетия разрабатывалась концепция болезни как проявления дисбаланса между окружающей средой и человеком. В связи с этим, Агентство токсичных веществ и регистрации болезней (ATSDR) Министерства здравоохранения США обратилось к Национальному Научному Совету (NRC) с просьбой обосновать эту концепцию в форме, понятной учёным, законодателям, чиновникам и населению. Была проведена специальная конференция18 с целью получения ответов на следующие вопросы: «Как люди оказываются подвергнутыми воздействию?», «На основании чего можно утверждать, что люди оказались подвергнутыми воздействию?» и «Что происходит после воздействия?».

 

В последнее двадцатилетие подписано также несколько международных соглашений на уровне ООН, среди которых, безусловно, следует отметить Базельскую конвенцию по токсичным отходам19, Парижскую конвенцию по уничтожению химического оружия20, Монреальский протокол по защите озонового слоя21 (в соответствии с которым были запрещены к производству и использованию разрушающие озоновый слой фреоны), Роттердамскую конвенцию по перевозкам токсичных веществ22, Рамочную Конвенцию ООН об изменении климата23, а также Киотский протокол по глобальному изменению климата24 (предусматривающие уменьшение выбросов в окружающую среду «парниковых» газов типа диоксида углерода, метана и других), уже упомянутую выше Стокгольмскую конвенцию по стойким органическим загрязнителям8 (предполагающую запрещение производства хлорорганических пестицидов, гексахлорбензола и ПХБ, а также технологий, использование которых приводит к выбросам в окружающую среду чрезвычайно токсичных полихлорированных дибензодиоксинов и дибензофуранов).

 

В принятой на Межправительственной Конференции ООН по окружающей среде и развитию в Рио-де-Жанейро в 1992 году Повестке дня на 21-ый век25 глава 19 целиком посвящена повышению безопасности использования химических веществ. В ней отмечается, что сегодня в мире существует около 100 тысяч коммерческих химикатов, однако, 95% мирового химического производства приходится лишь на 1500 веществ. При этом, на значительную часть этих веществ отсутствуют токсикологические данные, характеризующие опасность их использования, прежде всего, с точки зрения хронических эффектов.

 

Созданный в соответствии с решениями Конференции «Рио-92» Межправительственный форум по химической безопасности (МФХБ) на своих 1-ом (1994 год) и 2-ом (1997 год) заседаниях проводил подготовительную работу по выработке Декларации по химической безопасности, которая была принята на 3-ем заседании в Байе (Бразилия) в 2000 году26. Байская декларация подчеркнула, что знания о последствиях воздействия химических веществ остаются крайне неполными, в связи с чем «необходимо продолжать исследования и проявлять бдительность». Это необходимо делать ещё и потому, что стандарты химической безопасности в значительной части мира не отвечают тому, что необходимо для обеспечения адекватной охраны здоровья человека и окружающей среды.

 

Специально подчёркнуто, что для надлежащего использования и уничтожения во всём мире запасов токсичных веществ (в частности, неиспользованных пестицидов) всё ещё не мобилизованы международные и национальные ресурсы, а международные оценки токсичных веществ не достигли контрольных показателей, установленных в 1994 году.

Статьи / 328 / Искандер-ака / Рейтинг: 5 / 1
Всего комментариев: 0
«Эко.знай» — международный сетевой ресурс экологического просвещения © 2015-2019.    Редактор — Александр Жабский.    +7-904-632-21-32,    zhabskiy@mail.ru   
Google PageRank — Ecoznay.ru — Анализ сайта