«СИНЕРГИЗМВ ПЛАНЕ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ»
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава 1. Образованиесмесей загрязняющих веществ
1.1 Окислениедвуокиси серы в загрязненной атмосфере
Глава 2. Комбинированноедействие загрязняющих веществ
2.1 Влияниезагрязняющих веществ на человека
Глава 3.Влияние загрязняющих веществ атмосферы на растения
Заключение
Литература
ВВЕДЕНИЕ
Уже давно предполагали, что воздух, которым мы дышим,является одним из факторов внешней среды, которые в определенных условиях могутвызывать заболевания. Однако до сравнительно недавнего времени это не былодоказано. Это же относится и к некоторым передающимся по воздуху бактериальными вирусным инфекциям, некоторым аллергическим заболеваниям и отравлениям,вызываемым определенными газами и аэрозолями, поступающими в организм свдыхаемым воздухом.
Воздух,которым мы дышим, с одной стороны, является необходимым для жизни, с другой — можетбыть и вредным. Характер и степень вредности определяются характером изменениясостава окружающего воздуха. Последнее может быть связано либо с изменением содержанияфизиологически важных компонентов воздуха, например кислорода и углекислоты,либо с наличием, так называемых атмосферных загрязнителей. К этим загрязнителямотносятся такие компоненты воздуха, которые по типу и количеству не являютсяпостоянными, и которые, по-видимому, не нужны для поддержания здоровьяорганизма. В зависимости от химической природы загрязнителей некоторые из нихмогут причинить вред даже тогда, когда они присутствуют в воздухе в малыхконцентрациях, тогда как вредное действие других отмечается лишь при высоких концентрациях
Будет липотенциально вредное вещество в данной концентрации действительно оказыватьвредное влияние, зависит также от продолжительности экспозиции, за исключениемтех случаев, когда концентрации чрезвычайно малы. При наиболее низкихконцентрациях естественные защитные силы организма могут оказаться достаточноэффективными, вследствие чего приобретает значение продолжительностьвоздействия.
Вкачестве примера изменения химического состава атмосферных загрязнений под влияниемусловий погоды можно привести Лос-Анжелос, где под влиянием солнечных лучейсодержащиеся в воздухе окислы азота и ненасыщенные углеводороды превращаются возон и нитроолефины. Одним из простых примеров вызываемых условиями погодыизменений биологического действия атмосферных загрязнителей является разбавление,обусловленное турбулентным перемешиванием воздушных масс. Другой, более сложныйпример относится к полученным недавно экпериментальным данным, показавшим, чтореакция подопытных животных на воздействие некоторых токсических агентовусиливается при повышении температуры окружающей среды.
Погода иклимат могут не только изменить действие атмосферных загрязнений на организм,но, как уже давно известно, погода и климат сами по себе оказывают значительноевлияние на здоровье человека. Это убеждение было настолько сильным, что врачидлительное время считали одни географические районы более благоприятными дляздоровья по условиям погоды, чем другие. Однако этот эффект не всегда связанименно с погодой и климатом. Полезное влияние может оказаться следствием местныхусловий погоды и климата, тем или иным образом воздействующих на содержащиеся ввоздухе вещества, например на кинетику химических реакций или на концентрациюзагрязнений атмосферного воздуха. Значение погоды как причины возникновениякатастрофического загрязнения атмосферного воздуха хорошо известно, но ее рольпри длительном воздействии малых концентраций начинает выясняться толькотеперь. Мы еще пока очень мало знаем о взаимосвязи условий погоды и множествадругих факторов с присутствием в воздухе положительных или отрицательных ионови в свою очередь о влиянии таких ионов на здоровье. Наконец, иногда самозагрязнение атмосферного воздуха может в значительной степени влиять на погоду.
Источникизагрязнения атмосферного воздуха существуют повсеместно. Природные загрязнителиатмосферного воздуха, которые почти или совершенно не поддаются контролю,возникают в результате лесных пожаров, вследствие ударов молнии, извержениявулканов, выделения органических веществ растениями, гниения растений, пылевыхбурь и рассеяния солевых частиц благодаря испарению в воздухе брызг морской воды.Главным источником атмосферных загрязнений, порождаемых деятельностью человека,является сжигание топлива для получения энергии. Этот процесс может иметь местов бытовых условиях, производственных помещениях и в топках, используемых натранспорте. Испарение жидкостей и измельчение твердых веществ, производимыеобычно в промышленных целях, как источники загрязнения имеют второстепенноезначение, но временами могут приобретать важнейшую роль в загрязнении атмосферноговоздуха. Следует подчеркнуть, что промышленность не является единственнымисточником обусловленного деятельностью человека загрязнения атмосферноговоздуха населенных мест, хотя часто она представляет собой главный источник.
ГЛАВА 1. ОБРАЗОВАНИЕ СМЕСЕЙ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ АТМОСФЕРЫ
К наиболее ярким примерамобразования синергических смесей загрязняющих веществ атмосферы можно отнестифотохимический смог и кислотные дожди. Ниже рассмотрим образование важнейшихзагрязнителей атмосферы, наносящих значительный ущерб живым и неживым объектам.
Смог
Порча растительности ирезиновых изделий, приносящая серьезный экономический ущерб, раздражениеслизистой оболочки глаз, все это обусловлено действием органических озонидов,перекисей и кислот. Органические кислоты, альдегиды и насыщенные углеводороды втой концентрации, какая была установлена в атмосфере смога в Лос-Анжелосе, непричиняли чувствительным растениям, например салату-эндивию, салату ромэн ишпинату характерных для смога повреждений (симптом «серебрение листьев» — «silver-leaf»). Однако смесь озонидов и других перекисныхсоединений, кислот и альдегидов (образующихся при взаимодействии озона иолефинов в низких концентрациях) вызывала симптомы, идентичные действию смогана полевые культуры. Подобные же поражения листьев растений вызывают продуктыокисления ненасыщенных углеводородов, реагирующие с окислами азота присолнечном свете. Было установлено также, что продукты реакции озона или окисловазота с некоторыми олефинами, протекающей при солнечном свете, вызывалираздражение глаз при концентрациях, которые можно было предполагать ватмосферном воздухе Лос-Анжелоса. Путем экспериментальной фумигации сельскохозяйственныхрастений на корню удалось воспроизвести типичные для смога поражения продуктамиокисления озона и олефинов с неразветвленной цепью, состоящей из 5 или 6 атомовуглерода. Более высокие члены олефинового ряда — С7, С8и С9, будучи превращены в соответствующие озониды и другие продукты,также наносили чувствительным видам растений повреждения в виде «серебрениялистьев», однако они не были столь активными, как 1-пентен и 1-гексен.
Аналогичныерезультаты были получены и в том случае, когда растения подвергались действиюпаров крекинг-бензина или 1-гек-сена, двуокиси азота и солнечного света илиультрафиолетовых лучей. Одна двуокись азота с ультрафиолетовым облучением илибез него, а также одни олефины при солнечном свете не оказывали такихвоздействий.
Химическиереакции в атмосферном воздухе
Рядфотохимических реакций, которые могут способствовать образованию озона присмоге, включают фотохимическую активацию и фотолиз сернистого ангидрида,альдегидов и двуокиси азота, т. е. всех тех соединений, которые присутствуют ватмосферном воздухе Лос-Анджелоса и других городов.
Солнечнаярадиация, имеющая серьезное значение для фотохимических реакций, протекающихвблизи поверхности земли, имеет длину волн в пределах от 8000 до 2900 Аº.Интенсивность излучения относительно велика для волн с длиной выше 3150 Аº;ниже 3000 Аº его интенсивность резко снижается. Это исключает возможностьпротекания таких реакций на больших высотах, в верхних слоях атмосферы. Такимобразом, только фотохимические процессы в газовой фазе, которые могут протекатьв нижних слоях атмосферы, происходят с участием загрязнителей, являющихсярезультатом деятельности человека (если не учитывать их природных источников —вулканов и лесных пожаров). Вещества, содержание которых в атмосфере мало,должны обладать высокой удельной адсорбционной способностью по отношению кволнам указанной длины для того, чтобы служить основным реагентом. С другойстороны, вещества, присутствующие в воздухе в больших количествах, могутявляться основными фотохимическими реагентами при слабом поглощении имилучистой энергии.
Озонможет образовываться в нижних слоях атмосферного воздуха в качестве побочногопродукта фотохимической реакции окисления сернистого ангидрида в серную кислотупри солнечном свете. Если предположить, что первоначально образуются лишь активированныемолекулы SO2, то реакция должна проходить ряд последовательныхстадий. Некоторые из таких молекул возвращаются в исходное coстояние, другие будут реагировать скислородом.
S02 + hv = S02
S02 + О2 = S04
S04 + 02 = S03 + 03
H20 + S03 = H2S04
Этотпроцесс имеет низкий коэффициент отдачи. Обычно при высокой концентрациисернистого ангидрида образовавшийся озон очень быстро реагирует с молекулами S02 с образованием серногоангидрида и кислорода. В загрязненном воздухе, где концентрация S02 меньше, чем 1 часть на1 млн., озон может длительно присутствовать наряду с этим газом или реагироватьс органическими загрязнителями, такими, как ненасыщенные углеводороды.
Фотохимическиереакции с двуокисью азота протекают многостепенно, включая разрыв химическойсвязи с образованием атомарного кислорода и окиси азота, образование озона врезультате соединения атомарного кислорода с обычным молекулярным кислородом ирегенерацию двуокиси азота, способной повторно вступать в реакцию. В результатепроисходит непрерывное образование озона. При поглощении световых лучей сдлиной волны ниже 3700 Аº коэффициент выхода озона в результатедиссоциации двуокиси азота близок к единице.
N02 + hv = NO + О
О +02= 03
N0 + 02= N03
N03+ 02 = N02 + 03
Врезультате: 302 = 203
В этихреакциях двуокись азота играет роль, подобную катализатору, поэтому оназначительно более эффективно способствует образованию озона, чем сернистыйангидрид. Окись азота реагирует с озоном с чрезвычайно высокой скоростью; этареакция протекает значительно быстрее, чем реакция между озоном и другимизагрязнителями. Поэтому если в атмосферном воздухе присутствует окись азота,возможны следующие реакции:
NO + 03= N02 + 02,
а еслиозон содержится в избытке, то
2N02 + 03 = N205 + 02
N2Os + Н20 = 2HN03.
Такимобразом, в присутствии водяного пара может образовываться азотная кислота.
Втечение нескольких лет Стенфордский научно-исследовательский институт занималсяизучением скорости, механизма и продуктов реакций озона с различными составнымичастями смога. Было показано, что в газовой фазе озон и олефины быстро вступаютв реакции, конечными продуктами которых являются формальдегид, высшие альдегидыи полимеры неизвестного состава. В основе образования озона в качествепобочного продукта при активации альдегидов или окисленных органических соединенийпод влиянием поглощения лучистой энергии лежат следующие реакции:RCHO + hv = RCHO
RCHO + О2 = RC03H
RC03H + 02 = RCOOH + 03.
Альдегидыи кетоны поглощают энергию излучений, близких к ультрафиолетовой частисолнечного спектра с квантовым выходом 0,1—0,9 и образованием свободныхрадикалов:
СН3СНО+ hv = СН3 + НСО.
Считается,что низкая температура окисления углеводородов обусловливается в основномналичием свободной цепи радикала:
R + 02 = R02
R02 + R'H = RO2H + R'
Haagen-Smit (1952) постулировал следующую схемуреакций, протекающих в загрязненном воздухе и ведущих к образованию смога:
N02 ↔NO+0 0→ окислительОкислитель +
/>/>Солнечный свет
сернистыйангидрид → серный ангидрид
→аэрозоли → перекиси → ущерб растительности
углеводороды→альдегиды кислоты раздражениеглаз
растрескиваниерезины
В случаеприсутствия в воздухе ароматических углеводородов возможно образованиеароматических производных. Так, например, пероксибензоилнитрат С6Н5 — С (О) — О — О — N02, являющийся сильным слезоточивымгазом, был идентифицирован в атмосфере Лос-Анджелеса на ряду с ПАН СН3 — С (О) — О — О — NO2. и его гомологами. Уже при различныхконцентрациях олефинов и озона, обнаруживаемых в загрязненном городскоматмосферном воздухе, реакция между ними протекает с очень большой скоростью.Начальные скорости подчиняются закону квадрата скоростей, хотя механизмы этихреакций еще не выяснены точно; в результате этих реакций образуются различныесоединения.
/>Конечные соединения содержатформальдегид, высшие альдегиды и полимеры неизвестного состава. Ацетиленреагирует с озоном с относительно небольшой скоростью, и последствиями этой реакциидля городского воздуха можно пренебречь. Скорость реакций между озоном ипарафиновыми углеводородами или бензолом также очень мала.
Окисьазота реагирует с озоном примерно в 2000 раз быстрее, чем 1-гексен или парыбензина.
Реакцииозона с олефинами и диолефинами, а также фотохимическое разложение альдегидовили кетонов приводят к образованию свободных радикалов в числе продуктовреакций. Такие реакции могут возникать в городском атмосферном воздухе. Так,первичная фотохимическая реакция ацетальдегида приводит к распаду его молекулыс образованием метилового и формилового радикалов. Ацетон распадается наметиловый и ацетиловый радикалы. В воздушной среде эти радикалы быстро вступаютв реакцию с кислородом, образуя различные продукты, включая перекиси. Например,основным продуктом фотохимического распада ацетальдегида в присутствии кислородаявляется перекись диацетила. В экспериментах Haagen-Smit, Bradley, Fox (1953) смеси диацетила и воздуха, облученныесолнечным светом, давали озон в качестве побочного продукта.
Ряддругих фотохимических реакций, которые могут протекать в атмосферном воздухе,приводит к образованию атомов или свободных неорганических радикалов, способныхвступать в реакцию с насыщенными или ненасыщенными алифатическими илиароматическими углеводородами с образованием свободных органических радикалов.К числу таких активных радикалов и атомов относятся кислород, освобождающийсяпри фотохимическом разложении NO2, атомарный хлор, возникающий придействии света на молекулярный хлор или хлористый нитрозил, атомарный водородОН и Н02.
Свободныерадикалы перекисей, образовавшиеся при окислениисвободных радикалов углеводородов, могут в свою очередь вступать вреакции с другими органическими веществами, давая органические перекиси и новыесвободные радикалы.
Отсюдастановится ясным, что такие возможности почти безграничны и что почти в каждомслучае возникновения фотохимических реакций в загрязненном городском воздухемогут образовываться свободные радикалы. Последующие реакции свободныхрадикалов могут привести к цепным реакциям полимеризации и окисления. Последнийпроцесс обычно заканчивается, когда свободные радикалы адсорбируются, например,поверхностью пылевых частиц или разрушаются в результате реакции с некоторымивеществами, например с окислами азота или органическими соединениями, которыене приводят к образованию новых свободных радикалов.
1.1 Окисление двуокиси серы в загрязненной атмосфере
Важнымфизическим эффектом загрязнения атмосферы является снижение видимости. Этоснижение видимости вызывается обычно рассеянием и поглощением радиацииаэрозолями в атмосфере. Если о количественном влиянии окислов серы ничего неизвестно, то туман серной кислоты и другие сульфатные частицы считаютсяпризнанной причиной рассеяния. Эти частицы образуются при вышеописанных сложныхокислительных процессах взаимодействия между атмосферными загрязнениями.Фотодиссоциация двуокиси серы, выделяемой в атмосферу в процессах горения,невозможна, так как она может протекать лишь при длинах волн короче тех,которые достигают нижней атмосферы. Поэтому фотохимические превращения S02 могут включать лишьреакции возбужденных молекул S02.
Чтокасается фотохимического взаимодействия системы S02— NOx, то добавление NOx к низким концентрациям S02, по-видимому, дает различные результаты.Некоторые авторы сообщают об ускорении фотоокисления S02, в то время как другие на основе образованияаэрозолей сообщают о его замедлении. Следует напомнить, что фотодиссоциация N02 дает атомарный кислороди озон. Таким образом, S02может наряду с N0 и N02реагировать с атомами кислорода согласно реакции
SO2 +O + М = S03+ M.
Далее SO3 взаимодействует с водяными парами,образуя аэрозоли серной кислоты, которые губительно действуют на живые инеживые объекты.
Эффективностьэтой реакции возрастает по мере роста отношения концентраций SO2/NOx. Кинетические расчеты показывают, что при концентрациях NOx b S02, равных 0,2 млн-1 (типичных дляфотохимического смога), скорость реакции S02—О будет приблизительно в 10 раз ниже скоростиреакции NOx—О. Изучалась не только система S02—NOx, но также и система S02 — углеводород вотсутствие NOx. Имеющиеся данные указывают, что приобычных уровнях в атмосфере реакции S02 в присутствии углеводородов для образования аэрозолейнесущественны.
В любойзагрязненной атмосфере SO2, NOx и углеводороды обычно присутствуютодновременно. Экспериментальные работы в этом случае указывают, что облучениеолефинов с прямой цепью и ароматических соединений с двойными связями вприсутствии NOx и S02 приводит к образованию значительного количествааэрозолей. Влияние S02 наобразование аэрозолей весьма очевидно. Парафиновые углеводороды, по-видимому,дают мало либо вообще не дают аэрозолей в присутствии N0x и S02, в то время как данные об ароматическихсоединениях малочисленны и неопределенны. Хотя данные в таблице приведены дляпостоянного соотношения N0x—SО2,эксперименты показывают, что скорость исчезновения SО2 зависит отсоотношения реагентов. В одной серии опытов начальные концентрации SО2и N0 поддерживались постоянными на уровне 0,1 и 1 млн-1. Когда концентрацияолефина понижалась с 3 до 0,5 млн-1, скорость исчезновения SО2возрастала. Это указывает на очень высокую эффективность фотоокисления SO2 низкими концентрациями олефинов в присутствии NO. В случае постоянных концентрацийолефина и N0 и варьируемых количеств S02 получаемые данные пока противоречивы. Некоторыеисследования свидетельствуют, что рассеяние света прямо пропорциональноконцентрации SO2, в то время как в других наблюдалось увеличениескорости поглощения SO2 по мере снижения концентрации S02 с 1 до 0,1 млн-1.Следует отметить, что исчезновение SO2и образование аэрозолей обычно не совпадают. Данные указывают, что сначаланаблюдается исчезновение SO2, вслед за чем происходит образованиеаэрозолей и достижение ими максимума согласно измерениям рассеяния света.Аэрозоли не образуются до тех пор, пока не достигнут максимум NO2 и концентрация NO не упала до низкой величины. В этот момент наблюдается такжемаксимальное образование атомов О. Рост содержания аэрозолей продолжается додостижения максимума озона, после чего содержание аэрозолей стабилизируется.Следовательно, на основе ряда опытов можно заключить, что быстрое накоплениеаэрозолей происходит, пока образуется озон.
Вкратцеможно суммировать, что в целом эксперименты указывают на увеличение скоростиисчезновения S02 и образования аэрозолей,когда SO2 фотоокисляется в присутствии NOx и олефиновых углеводородов. Ускорениеокисления S02 в системе углеводород —NOx — озон объясняется, вероятно,эффективным влиянием некоторых промежуточных веществ. В то же время SО2,по-видимому, в общем понижает скорость реакций при фотохимическом смоге, чтоеще не нашло объяснения. Следовательно, городские районы будут находиться вразных условиях с точки зрения образования фотохимического смога и аэрозолей.Характер этой проблемы будет изменяться в зависимости от взаимного соотношенияконцентраций NOx, углеводородов и S02, выбрасываемых ватмосферу стационарными и подвижными источниками.
Взаключение следует упомянуть о влиянии концентраций Н2О на фотоокислениеS02 и состав аэрозолей.Несколько серий экспериментов указывает на снижение содержания аэрозолей(измеренного по рассеянию света) с увеличением относительной влажности припостоянной концентрации S02.Этот эффект наиболее заметен при низкой относительной влажности. В простойсистеме SО2 — 02 аэрозоль представлен H2S04. Для системы S02— NOx аэрозоль, более чем, вероятно, представлен также сульфатом.Аэрозоли, образующиеся при облучении низших олефинов в присутствии N0x и S02, не содержат органических веществ. Высшие олефиновыеуглеводороды, по-видимому, дают аэрозоли с углеродистыми веществами, такими,как органические кислоты. Чрезвычайно важна химическая идентификация этихаэрозолей, поскольку их размер таков, что они легко проникают в дыхательныепути.
ГЛАВА 2.КОМБИНИРОВАННОЕ ДЕЙСТВИЕ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ
Комбинированное действие химическихвеществ и других факторов внешней среды, представляет одну из наиболееактуальных и малоизученных проблем современной гигиены. До сих поргигиеническое регламентирование ведется в основном по отдельным химическим веществам,а во внешней и производственной среде, как правило, имеет место комбинированноедействие. В настоящее время очень трудно назвать производство, в котором нарабочего оказывало бы действие только одно химическое вещество, например, впроизводствах ВМС (синтетических смол и пластмасс, каучуков и резин,синтетических волокон), многих органических продуктов нефте-, коксо-,сланцехимии и ряде других на человека воздействуют одновременно не 2-3, а десяткивеществ.
Впоследние годы проводится много исследований по комбинированному действиюхимических веществ, однако выход их результатов в практику ведения текущего ипредупредительного санитарного надзора незначительный. Это обусловлено, преждевсего, тем, что методические подходы к оценке токсичности, опасности и вопросамгигиенической регламентации химических веществ при комбинированном действииразработаны недостаточно.
Теоретическоепрогнозирование особенностей комбинированного действия пока может бытьиспользовано лишь для тех сравнительно немногих веществ, токсикология которыхизучена достаточно глубоко, причем такое предсказание обычно не учитываетколичественных особенностей комбинационного эффекта, а именно они наиболееважны для практики ведения текущего и предупредительного санитарного надзора.
Изучениеметодических вопросов комбинированного действия особо актуально еще и потому,что в последние десятилетия загрязнение внешней среды вредными химическимивеществами достигло значительного уровня, и проблема комбинированного действияприобрела не только общегигиеническую, но и общебиологическую значимость.
Если вовдыхаемом воздухе присутствует более одного потенциально раздражающих газов илиаэрозолей, то результирующее влияние их на живые объекты может быть различным.Комбинация газов, обладающих выраженными раздражающими свойствами, можетвызвать либо простую суммацию эффектов каждого из них, либо эффект, превышающийсумму (синергический эффект), либо меньший суммы (антагонистический эффект).Механизм, определяющий величину результирующего эффекта, в настоящее время ещене выяснен полностью.
Наибольшиепроблемы и опасности вызывают синергические эффекты, хотя механизм этогоявления остается малоизученным. Поэтому при оценке эффекта совместного действияразных факторов допускается гипотеза аддитивности с введением коэффициентабезопасности на возможности синергических эффектов.
Комплекснаяоценка эффектов воздействия различных факторов опасности должна включать:
-оценкуиндивидуального риска для каждого фактора опасности в сопоставимых показателях;
-построениемаргинальных (для каждого фактора опасности) полей риска вокруг источниковопасности;
-построениеинтегральных полей риска для данного региона;
-оценкуинтегральных последствий реального и потенциального воздействия исследуемыхфакторов.
Вреальных условиях в окружающей среде человек сталкивается с воздействием наодин и тот же объект нескольких веществ или других неблагоприятных факторовокружающей среды. Комплекс неблагоприятных факторов усложняет проблемувоздействия химических веществ на биологический эффект. При этом может реализоватьсянесколько ситуаций.
Комбинированноедействие вредных веществ – это одновременное или последовательное действие на организм несколькихвеществ при одном и том же пути поступления. Комбинированное действие веществ можетприводить к нескольким случаям:
Комбинированноевоздействие может происходить как при однократном (остром), так и при хроническомвоздействии ядов.
Чтокасается синергизма, то его причиной может быть торможение одним веществомпроцессов биотрансформации или метаболизма другого вещества. Так усилениетоксического эффекта наблюдалось при комбинированном воздействии некоторых парфосфорорганических препаратов (подавление холинэстеразы одним веществом иторможение вследствие этого детоксикации другого). Хлорофос и карбофос,хлорофос и метафос, карбофос и тиофос дают эффект синергизма. Также известно,что смесь SO2 и CO придлительном воздействии вызывает нарушение генетической функции организма.Токсичность газообразных низкомолекулярных углеводородов в совокупности сдругими примесями атмосферы проявляется в наркотическом действии на организмчеловека, вызывая состояние эйфории, что увеличивает вероятность ДТП.Полиароматические углеводороды, содержащиеся в выбросах двигателей, являютсяканцерогенными (вызывают рак легких), из которых наибольшей активностьюобладает бенз(а)пирен С20Н12.
Прихроническом воздействии веществ эффект синергизма из-за действия малых доз иконцентраций наблюдается значительно реже. Они наблюдаются больше в случаеспецифического действия химических веществ.
Повышеннаявлажность воздуха усиливает эффект ряда веществ вследствие образованияаэрозолей и гидролиза, способствует нарушению теплопередачи, увеличиваячувствительность к воздействию вредных веществ.
Впоследние годы в связи с развитием атомной энергетики проблема сочетанногодействия на организм веществ и ионизирующей радиации становится все болееактуальной. Имеются сведения, что сочетанное действие радиационных и химическихканцерогенов приводит к суммации и синергизму канцерогенной эффективностикаждого из факторов. Это может относиться к мутагенным эффектам. Названныефакты имеют большое значение для прогнозирования опасности развития отдаленныхпоследствий. Отметим, что злокачественные образования в последнее время являютсяодним из наиболее значительных форм патологии в промышленно развитых странахмира.
2.1 Влияние загрязняющих веществ на человека
Вдыханиесернистого ангидрида даже при низких концентрациях, нередко встречающихся в атмосферномвоздухе, вызывает временно спазм гладкой мускулатуры бронхиол как у человека,так и у экспериментальных животных. Несколько большие концентрации вызываютувеличение отделения слизи стенками верхних дыхательных путей. Еще большая концентрацияприводит к тяжелой воспалительной реакции слизистой оболочки с десквамациейповерхностных слоев эпителия. Этот эффект раздражающего действия SO2, в особенности спазм бронхиол, усиливается при низкойтемпературе вдыхаемого воздуха. Все это неблагоприятно сказывается на легочнойфункции.
При длительном воздействии этого газаможет развиться известная степень сопротивляемости организма. Такое повышениесопротивляемости обнаружено у промышленных рабочих, которые постоянно илипериодически подвергается действию этого газа на производстве.
Принекоторых условиях, связанных частично с солнечным излучением, а частично содновременным присутствием в воздухе некоторых потенциальных катализаторов ввиде соединений металлов, часть SO2окисляется до SO3, образующего туман, который обладает очень сильнымраздражающим действием. Часть каждого из двух этих газов в присутствии водяныхпаров (или воды) образует соответственно сернистую и серную кислоты. Присжигании топлива наряду с SO2образуется инекоторое количество SO3. в городском тумане серный ангидридв сравнении с сернистым ангидридом содержится в значительных концентрациях.Эксперименты с вдыханием серного ангидрида как животными, так и людьмипоказали, что он представляет собой очень резкий раздражитель, значительнопревосходящий по силе действия сернистый ангидрид и вызывает тяжелыйбронхоспазм уже при относительно низких концентрациях. Более того, приодновременном воздействии низких концентраций обоих газов имеется отчетливовыраженный синергизм, т. к. возникающие физиологические реакцииоказываются более сильными, чем реакции на каждый из них в отдельности.
ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ АТМОСФЕРЫ НА РАСТЕНИЯ
Явление синергизмазагрязняющих веществ атмосферы наиболее четко проявляется при воздействии нарастения
В окружающем растениявоздухе обычно содержится несколько потенциальных фитотоксичных загрязняющихвеществ. Вопрос об их взаимодействии и воздействии этой смеси на растения ещенедостаточно изучен. Однако давно предполагали, что признаки воздействиязагрязняющих веществ появляются вследствие действия смеси газов, а не одноговещества. В то же время смесь газов может вызывать те же повреждения растений,что и отдельное загрязняющее вещество. Смесь газов может изменять пороговуючувствительность растения, в таком случае растение становится восприимчивым кдействию одного или обоих загрязняющих веществ. Два газа в смеси могутпричинить больше или меньше вреда, чем какой-либо из них в отдельности (синергизм).
Озон и двуокись серы. Признак влияния — появление налистьях фасоли и табака некротических участков от рыжевато-бурых до белых привоздействии на них смеси О3 и SO2. Признаки поврежденияэтой смесью были сходны с признаками повреждения О3 или SO2,в зависимости от того, концентрация какого вещества превышала пороговую. Есликонцентрация смеси О3 и SO2 ниже пороговой для SO2,но равна или ниже пороговой для Оз, то наблюдаются признаки повреждения листьевпо типу воздействия О3.
Озон ипероксиацетилнитрат
Влияние на сосну желтуюсмеси ПАН — О3 и изолированно О3 концентрацией вызвалоострое повреждение молодых хвоинок. Воздействие смеси ПАН — Оз вызвало меньшийэффект, нежели воздействие О3.
Воздействие только ПАНповреждение растений не вызывало. Таким образом, при воздействии смесьюпоявляется антогонистическпй эффект взаимодействия этих веществ, что приводит кослаблению воздействия.
Двуокись серы идвуокись азота
Установлено, что привоздействии смеси SO2 и NО2 концентрацией ниже пороговойдля каждого газа, происходит повреждение верхней стороны листа у овса, фасоли«Pinto», редьки, соевых бобов, табака и томата. Нижняя поверхность листьевстановится серебристой или на ней появляется красноватая пигментация,совместное действие SO2 и NО2 приводит к уменьшению сухоймассы у четырех пастбищных трав (злаков), в то время как в результатевоздействия каждого из этих веществ в отдельности снижения урожайности могло ине быть.
Лондонскийтип смога. Токсичностьлондонского смога для растений обычно в значительной мере относится за счетсодержания в нем сернистого ангидрида. Хотя отложение сажи на листьях иугнетало рост вечнозеленых растений поблизости от парка Кью-гарденс, норастения в большей мере страдали от присутствия в атмосфере токсическихвеществ, чем от уменьшения освещенности, вследствие запыления поверхности листьев.
Примерамиэтих острых симптомов являются отпадение цветов и листьев бегонии и многихдругих растений, почернение и гибель бутонов и цветов некоторых орхидей,особенно Calanthes, отпадение листвы цинерарий и примули почти полная гибель таких растений, как Cоleus Blumei…
Экспериментальноеокуривание растений сернистым ангидридом в концентрациях, близких к лондонскомувоздуху, вызывает появление симптомов поражения, подобных тем, какие возникаюту тех же видов растений во время туманной погоды, «если атмосфера достаточновлажная, а температура достаточно высока». С увеличением концентрациисернистого ангидрида тяжесть поражения возрастала.
Некоторыеприведенные симптомы поражений более характерны для действия другихзагрязнений, таких, как этилен, органические основания, например акридин илифтористый водород, чем для действия сернистого ангидрида. Однако, именносернистый ангидрид в силу своей высокой концентрации является важнейшимкомпонентом лондонского смога, обусловливающим его токсичность для растений.Лос-анджелесский тип смога. Лос-анджелесский тип смога в корне отличается от лондонского. Загрязнениеатмосферного воздуха в этом районе возникает главным образом в результатефотохимических реакций между окислами азота и парами органических веществ,причем источниками обоих являются процессы неполного сгорания топлива «а промышленныхпредприятиях, в автомобильных двигателях и мусоросжигательных печах, а такженепосредственное испарение газолина в атмосферу. Конечно, кроме этих веществ, ватмосфере Лос-Анджелеса присутствуют и многие другие неорганические иорганические соединения.
Фитотоксичность лос-анджелесского типа смога оченьвелика, особенно для так называемых салатных культур — шпината, салата-ромэн, эндивия, а также для столовыхсортов свеклы, мангильда и сельдерея. На растениях появляются характерные признаки поражения. Прежде всего в результате гибелисубэпидермальных клеток эпидермис нижней поверхности листа приобретает серебристый или бронзовый оттенок. Позднееповреждение может распространитьсяна всю толщу листа, вызывая появление пораженныхучастков в виде белого налета или пятнистости и на верхней поверхности.
Вещества,определяющие токсичность смога для растений, изучаютсяуже в течение многих лет. За исключением озона, который, как будет показано ниже, не вызываеттипичных для смога поражений, не было обнаружено ни одного вещества,которое в тех концентрациях, в каких оно присутствует в смоге, вызывало бы поражения. Предполагалось, что эффект смогаобусловливается смесью окислителей. Даже соединение X, пероксиацетилнитрит (или нитрат) (ПАН), синтезированное ИнститутомФранклина, не обнаружило высокой фитотоксичности. Это вещество, котороепо своему инфракрасному спектру, идентичновыделенному из смога, было получено вдостаточном количестве путем фотохимической реакции между n-бутеном и двуокисью азота, очищено спомощью методик вымораживания и газовой хроматографии, затем растворено в азотедо известной концентрации и сохранялось под давлением для экспериментального окуривания. Период полураспада этого вещества равен примерно 13 часам. Оно обладаетсвойством.резко раздражать глаза. Изучение действия ПАН на растенияобнаружило его высокую фитотоксичность по отношению к травянистым растениям,таким, как бобы, «салатные культуры», петуния и многие другие. Характернее длясмога поражения листьев петунии возникали при действии этого вещества вконцентрации 0,05 части на миллион, в течение примерно 4 часов. По-видимому, это соединение представляет собой существенныйкомпонент в той смеси, которая называется смогом.
С помощью ручных срезов свежего материала и окраски еготионином и другими красителями для облегчения наблюдений Бобров детально изучал процесс поражениярастений (Bobrov, 1952a,b; Glater, 1956; Los Angelos County Air Pollution Control District, 1951). Данное им описаниепредставляет большой интерес. В качествепервой реакции растений происходило следующее:… в нижнем эпидермальном слое появлялись мельчайшие пузырьки, при близком рассмотрении видимые невооруженным глазом.В области ряда (но не всех) устьиц сторожевые клетки вместе с окружающими эпидермальными клетками набухали и,выходя за пределы подустьичных камер, образовывали пузырек… Эпидермальные клетки увеличивались по длине и ширине,становились, разбухшими, а стенки их теряли свою зазубренность и приобретали гладкость.Сторожевые клетки увеличивались лишь в ширину, но не в длину, широко открывая устьица. Вовлеченные в процесс эпидермальныеклетки затем погибали.
Первымиподвергались плазмолизу клетки, окружающие нижниеи верхние подустьичные камеры, затем, по-видимому, закрывающие устьица.
Однолетнее растение мятлик луговой (Poa annua) является одним из наиболее чувствительных ксмогу, и его повсеместное распространение делает его весьма удобным индикаторомсмога. Бобров (1955) подробно изучил анатомию этого растения, выявив его открытую структуру с устьицами на обеих поверхностяхлистьев и чувствительные участки их, на которых возникают коричневатые пятна или поперечная исчерченность.Поражения ограничены теми клетками, которые находятся в стадии максимального.расширения. Они возникают на верхушке наиболеемолодых листьев и постепенно переходят и на старые листья. Начальное инаиболее тяжелое поражение возникает в окружении подустьичных камер. За дезинтеграцией хлоропластов следует плазмолиз и,наконец, полная дегидратация пораженных клеток, что приводит к мумификациимезофильной ткани в пораженных участках.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Загрязнение атмосферного воздуха продуктами деятельности человекатеоретически может быть полностью исключено, но цена, в которую это обошлось бычеловечеству, является чрезмерной, будь то в денежном или любом другомвыражении. Было бы наивным полагать, что мы должны прекратить использованиевсех процессов, связанных со сгоранием топлива, поскольку они являются основнымисточником атмосферных загрязнений, образующихся в результате деятельностичеловека. Однако качественная и количественная очистка воздуха на селективнойоснове вполне возможна, а в некоторых случаях и крайне необходима. Этого можнодостичь, например, предупреждением выброса в атмосферу отдельных видовзагрязнителей путем селективной задержки их уже в самом источнике.
Таким образом, в целом можно сказать, что увеличение числаисточников атмосферных загрязнений сопровождается постояннымусовершенствованием методов борьбы с этой вредностью. Поэтому нет оснований,что в будущем, если прогресс будет продолжаться, условия жизни ухудшаться. Темне менее, необходимо обеспечить хотя бы элементарную информацию по даннойпроблеме, ее финансовой стороне и мерах борьбы с загрязнением атмосферы длятого, чтобы население смогло оценить прогресс в этой области. Кроме того, телица, задачей которых является изучение этих вопросов и разработка необходимыхмероприятий, должны получать соответствующую поддержку, помощь и одобрение.
В настоящее время накоплено немало данных о влиянииатмосферных загрязнений на здоровье человека, животных, растения. Эти данныеполучены частично благодаря непосредственному изучению проблемы влиянияатмосферных загрязнений на здоровье, относительно которых наши знаниянедостаточны. Несомненно, пройдет еще много лет, прежде чем мы сумеем ответитьна все вопросы, возникающие при изучении этой проблемы.
ЛИТЕРАТУРА
1. Исидоров В.А.Экологическая химия: Учебное пособие для вузов. – СПб: Химиздат, 2001. – 304 с.
2. Уорк К., УорнерС. Загрязнение воздуха: Источники и контроль. М., 1980.
3. Загрязнениеатмосферного воздуха. Сост. К. Баркер, Ф. Кэмби и др. М., 1962.
4. Ровинский Ф.Я.,Егоров В.И. Озон, окислы азота и серы в нижней атмосфере. Под ред. Г.С.Голицына, И.Л. Кароля – М.: Мир, 1987.
5. Нагорный П.А.Комбинированное действие химических веществ и методы его гигиеническогоизучения. – М.: Медицина, 1984. 184 с.
6. Луканин В.Н.,Трофименко Ю.В. Промышленно-транспортная экология: Учебник для вузов / Под ред.В.Н. Луканина. – М.: Высш. Шк., 2001. – 273 с.
7. Тарасова Н.П.,Кузнецов В.А., Сметанников Ю.В., Малков А.В., Додонова А.А. Задачи и вопросы похимии окружающей среды. – М.: Мир, 2002. – с. 80-81.