Валеология на уроках экологии: ртуть и здоровье человека

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

В отличие от многих веществ, которые в газовой фазе находятся в форме двух-, трех- и четырехатомных молекул, ртуть существует в виде атомов Нg. Попадая в легкие, пары ртути проникают в кровеносную систему и вступают в химическое взаимодействие с белками-ферментами, биокатализаторами, которые осуществляют в нашем организме тысячи химических процессов. Одни ферменты, связавшись атомами ртути, теряют свои каталитические свойства, а другие - начинают ускорять реакции, продуктами которых являются вещества, отравляющие организм.

ртуть загрязнение человек здоровье

1. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РТУТИ,

ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ СПЕЦИФИКУ РТУТНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ

Высокая опасность загрязнения помещений и территорий ртутью, а также сложность проблемы демеркуризации во многом обусловливается ее своеобразными физико-химическими свойствами. Как известно, в обычных условиях ртуть представляет собой серебристо-белый тяжелый жидкий металл. Ртуть испаряется при комнатной температуре с довольно высокой скоростью, которая с ростом температуры увеличивается. Это приводит к созданию опасной для живых организмов атмосферы. Пары ртути не имеют ни вкуса, ни запаха; их наличие в воздухе обнаруживается только с помощь специальной аппаратуры. Пары ртути тяжелее воздуха в 7 раз. Однако следует учитывать, что пары ртути не накапливаются в нижних зонах помещений, а распространяются равномерно. Ртуть легко сорбируется из воздуха отделочными и декоративными материалами: тканями, ковровыми и деревянными изделиями и др., откуда она может снова при изменении условий (механическое воздействие, повышение температуры и т.д.) попадать в помещение за счет процесса десорбции. В воздухе ртуть способна находиться не только в форме ее паров, но и в виде летучих органических соединений, а также в составе атмосферной пыли и аэрозолей твердых частиц. Ртуть в высоких концентрациях присутствует в пылевых выбросах различных промышленных предприятий.

Ртуть способна испаряться через слои воды и других жидкостей. В этом контексте представляются неубедительными рекомендации по хранению ртути под слоем воды. Относительно легко ртуть проникает сквозь многие строительные материалы (различные бетоны и растворы, кирпич, строительные плитки, линолеум, мастики, лакокрасочные покрытия и др.). Так, обследование ряда производственных предприятий, в которых длительное время осуществлялись работы со ртутью, а затем «ртутное» производство было прекращено без выполнения мероприятий по очистке помещений от ртути, показало, что содержание ртути в материале стен и пола соответствует количеству ртути в рудах; стены здания поражены ртутью на всю толщину. Тот факт, что ртуть обладает малой вязкостью и высоким поверхностным натяжением, приводит к следующему. Во-первых, при падении или надавливании она распадается на мелкие шарики, что способствует значительному увеличению площади ее испарения. Во-вторых, высокая подвижность этих частиц затрудняет локализацию ртутного пролива и проведение демеркуризации. Металлическая ртуть способна растворяться в органических растворителях, а также в воде, особенно при отсутствии свободного кислорода. Минимальная растворимость наблюдается при рН = 8, с увеличением кислотности или щелочности воды она увеличивается. Ртуть, представляющая собой в свободном состоянии жидкий металл, обладает свойством растворять многие металлы, в том числе благородные, с образованием амальгам. Ртуть весьма агрессивна по отношению к различным конструкционным материалам, ее воздействие может вызывать межкристаллитную коррозию (ртуть является катодом по отношению к большинству металлов), жидкометаллическое охрупчивание что приводит к разрушению производственных объектов и транспортных средств.

Из химических свойств ртути следует отметить высокий потенциал ионизации, т.е. для преобразования паров металлической ртути в соли и другие соединения необходимо использование сильных окислителей или комплексообразователей. Это обусловливает сложность процесса химической демеркуризации. На воздухе ртуть при комнатной температуре не окисляется. В соляной и разбавленной серной кислотах и щелочах ртуть не растворяется. Но она легко растворяется в азотной кислоте и царской водке, а при нагревании - в концентрированной серной кислоте. Ртуть образует одно-, двухвалентные соединения. Первые из них плохо растворяются в воде; соединения двухвалентной ртути, наоборот, отличаются высокой растворимостью (исключение составляет сернистая ртуть). Соединения ртути в большинстве своем непрочны и разлагаются под влиянием температуры, а некоторые даже под действием света. Ртуть образует многочисленные комплексные соединения как с органическими молекулами, так и с неорганическими ионами. Свойства соединений ртути - способность растворяться в воде и других средах, устойчивость к термическому воздействию - имеют важное значение при выборе средств химической демеркуризации и определении технологии очистки объектов от ртути.

2. ВЛИЯНИЕ РТУТИ НА ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА

Всемирная организация здравоохранения относит ртуть, отличающуюся разнообразным спектром негативного воздействия на живые организмы, к самым распространенным и опасным токсикантам для окружающей среды. Ртуть принадлежит к числу тиоловых ядов, блокирующих сульфгидрильные группы белковых соединений и этим нарушающих белковый обмен и ферментативную деятельность организма. В настоящее время установлено, что, наряду с общетоксическим действием (отравлениями), ртуть и ее соединения вызывают гонадотоксический (воздействие на половые железы), эмбриотоксический (воздействие на зародыши), тератогенный (пороки развития и уродства) и мутагенный (возникновение наследственных изменений) эффекты. С точки зрения патологии человека, ртуть отличается большим разнообразием проявлений токсического действия в зависимости от свойств веществ, в виде которых она поступает в организм (пары металлической ртути, неорганические или органические соединения), путей поступления и дозы.

Основные пути воздействия ртути на человека связаны с:

· вдыханием паров металлической ртути, находящихся в воздухе;

· использованием пищевых продуктов, содержащих производные ртути;

· потреблением питьевой воды, загрязненной ртутью.

Возможны и другие, случайные, но нередкие в обыденной жизни пути воздействия ртути: через кожу, при купании в загрязненном водоеме и т.д. При вдыхании ртутные пары поглощаются и накапливаются в мозге и почках. В организме человека задерживается примерно 80 % вдыхаемых паров ртути. В желудочно-кишечном тракте происходит практически полное всасывание органических соединений ртути. У беременных женщин ртуть преодолевает плацентарный барьер, поражая плод. Концентрация ртути в плазме матери и новорожденного близки в то время как ее содержание в эритроцитах плода на 30 % выше; в грудном молоке содержание ртути составляет примерно 5 % ее концентрации в крови.

При воздействии ртути на человека возможны:

· острые отравления (проявляются быстро и резко, обычно при больших дозах - более 0,1 мг/куб.м.);

· хронические отравления (вызываются влиянием малых доз ртути в течение относительно длительного времени - не более сотых долей мг/куб.м).

При острых отравлениях соединениями ртути наблюдаются поражения слизистых оболочек пищеварительного тракта, возбуждение, а затем угнетение центральной нервной системы, падение кровяного давления; в последующем развивается тяжелое поражение почек. Вдыхание паров ртути сопровождается симптомами острого бронхита, бронхиолита и (при сильном воздействии) пневмонии. Наблюдаются изменения в крови и повышенное выделение ртути с мочой.

При хронических отравлениях наблюдается общее недомогание, потеря аппетита, поносы, исхудание, раздражительность; развивается апатия, эмоциональная неустойчивость (ртутная неврастения), появляются головные боли, головокружение, бессонница; возникает состояние с повышенной психической возбудимостью (ртутный эретизм), нарушается память. Длительное воздействие характеризуется появлением астеновегетативного синдрома с отчетливым ртутным тремором (дрожание рук, языка, век, даже ног и всего тела), неустойчивым пульсом, тахикардией, психическими нарушениями.

Следует также отметить, что токсический эффект при воздействии малых доз ртути может быть скрытым, и симптомы отравления могут проявиться лишь через несколько лет. Особую опасность представляют органические соединения ртути. Микроорганизмы в загрязненной ртутью воде легко переводят неорганические соединения ртути в ион метилртути. Эти ионы активно абсорбируются и попадают в кровь, мозг, вызывая кумулятивные и необратимые нарушения в организме. Важнейшие признаки отравления ими - тяжелое поражение центральной нервной системы, атаксия (растройство согласованности в сокращении различных групп мышц), нарушения зрения, парастезия (ощущения онемения, покалывания, ползания мурашек и т.д.), дизартрия (растройство речи), нарушение слуха, боль в конечностях.

Нарушения, вызываемые органическими производными ртути, практически необратимы и требуют чрезвычайно длительного лечения. Высокая токсичность метилртути (даже при поступлении в организм малых ее количеств в течение длительного времени) обусловлена ее липидорастворимостью, что позволяет ей легче проходить через биологические мембраны, проникать в головной мозг, спиной мозг, а также пересекать плацентарный барьер и накапливаться в плоде. Учитывая невозможность массового перехода на безртутные технологии, широкую распространенность медицинских и электротехнических ртутьсодержащих изделий, высокую вероятность ртутного загрязнения при неправильном обращении с ртутьсодержащими отходами, необходимо констатировать, что проблема ртутной безопасности является одной из приоритетных экологических, медицинских и социальных проблем.

Источники и причины ртутного загрязнения окружающей среды.

В общем случае распределение ртути и ее соединений в окружающей среде обусловлено деятельностью природных и техногенных, связанных с деятельностью человека источников. Существующий в природе глобальный круговорот ртути в большей степени определяется ее поступлением из природных источников. Техногенные источники, рассматриваемые в настоящей работе, являются наиболее важными с позиций локального загрязнения среды обитания человека этим токсичным элементом. Среди техногенных источников загрязнения ртутью окружающей среды, одними из важнейших являются районы добычи и производства первичной ртути. Следует отметить, что это относится как к действующим горнорудным комбинатам, так и к регионам, в которых добыча и производство ртути в настоящее время прекращены. В районах добычи ртутных руд и производства первичной ртути происходит эмиссия ртути в воздух и сточные воды. Кроме того, ртутные отходы накапливаются на полигонах - специальных хранилищах. О масштабах ртутного загрязнения в районах добычи и производства ртути можно судить по данным, обобщенным в работе. Высокое содержание ртути фиксируется практически во всех компонентах окружающей среды: концентрация паров ртути в воздухе в районе месторождений в среднем в 3 раза превышает фоновое значение; количество ртути в подземных и поверхностных водах выше фонового в 10-50 раз соответственно; в донных отложениях содержание ртути может превышать фоновое значение в сотни раз.

Важным источником загрязнения ртутью окружающей среды являются предприятия цветной металлургии. Ввиду того, что ртуть является обязательным компонентом многих типов руд цветных, редких и благородных металлов, в процессе их добычи, обогащения и металлургического передела она высвобождается в окружающую среду. В настоящее время в глобальном плане этот источник поступления ртути в среду обитания не уступает и даже, по некоторым данным, превосходит собственно ртутное производство. При этом значительные количества ртути аккумулированы в твердых отходах предприятий, в водостоках, значительно загрязнен атмосферный воздух. Так, по экспертным данным, полученным на заводах по переработке цветных металлов (Южный Урал) количество ртути в донных отложениях водостоков в 30 - 50 раз превышают фоновые значения; в материале хвостохранилищ концентрации ртути варьируются в пределах 8,8 - 67,8 мг/кг; концентрация ртути в атмосферном воздухе на территориях комбинатов в десятки раз превышает ПДК, на территории близлежащих поселков - в 1,4 - 14 раз.

Наряду с вышеуказанным, значительное загрязнение окружающей среды ртутью связано с деятельностью предприятий химической промышленности, машиностроения и металлообработки, теплоэнергетики. Ртуть поступает в окружающую среду также при сжигании угля, мазута и других нефтепродуктов. Вместе с тем, формирование зон ртутного загрязнения связано не только с промышленными выбросами, с прямым влиянием «ртутных производств», использующих этот металл или его соединения в своих технологических циклах. Установлено, что ртуть является типоморфным (характерным, постоянно присутствующим) элементом практически любых техногенных геохимических аномалий (зон загрязнения), формирующихся в городах. На заводах, в научных центрах, военных объектах, в медицинских и учебных учреждениях, в быту используется значительное количество ртутьсодержащих изделий, приборов, люминесцентные и ртутные лампы, термометры, гальванические элементы, которые при неправильной утилизации могут стать источниками загрязнения окружающей среды ртутью. Вследствие этого ртуть - типичный компонент различных промышленных и бытовых отходов, присутствующий на полигонах. В районах свалок в окружающей среде всегда отмечаются ее повышенные уровни.

Загрязнение объектов городской среды происходит также при нарушении (в бытовых и производственных условиях) правил эксплуатации и хранения ртутных (ртутьсодержащих) приборов, устройств и изделий, в результате небрежного обращения с металлической ртутью, ртутными соединениями и ртутьсодержащими отходами. Это нередко приводило к возникновению аварийных ситуаций, нередко с трагическими последствиями. Например, в г. Москве до 80% работ подразделений радиационно-химической безопасности МЧС связаны с ликвидацией именно разливов ртути. В г. Санкт-Петербурге в 1992-1998 гг. было зарегистрировано 2176 аварийных случаев, приведших к ртутному загрязнению помещений (в основном муниципальных объектов - школ, детских садов, больниц, квартир, общественных зданий и т. п.). Например, исследования, выполненные в Москве, установили, что примерно в 25-30% обследованных школ и детских садов существуют скрытые («застарелые») источники паров ртути различной интенсивности. В Санкт-Петербурге ртутное загрязнение было обнаружено почти в 50% школ и 30% детских дошкольных учреждений города. Все это определяет высокую вероятность длительного воздействия паров ртути на детей и подростков, т. е., на одну из наиболее чувствительных к ртутной экспозиции категорий населения.

Вместе с тем, для России проблема ртутного загрязнения имеет особое значение. Несмотря на снижение объемов использования ртути в промышленности, в стране накоплены огромные количества ртутьсодержащих отходов, в обращении находится большое количество ртутных приборов, изделий и устройств, на руках у населения имеется значительное количество ртути и ее соединений. В сущности, в настоящее время в стране сформировался специфический теневой рынок ртути. В средствах массовой информации регулярно сообщается о попытках незаконной продажи металлической ртути в различных регионах страны, причем количество изъятого при этом правоохранительными органами металла изменялось от 10-60 кг до 1,5т.

Для многих городов и поселков России известны многочисленные случаи разлива ртути в самых различных помещениях, что обусловлено не только неправильным обращением с ртутными приборами или незаконным хранением металлической ртути, но и целенаправленными (часто в преступных целях) ее разливами в жилых помещениях, общественных зданиях и коммерческих организациях. В последние годы ртуть уже неоднократно использовалась с целью умышленного нанесения вреда здоровью людей и совершения терактов (металлическую ртуть целенаправленно разливают в школах, подъездах, на избирательных участках, в офисах коммерческих организаций и т. д.; ртуть обнаруживают в различных пищевых продуктах, сигаретах, детских игрушках).

Таким образом, эмиссия ртути в окружающую среду, связанная с деятельностью предприятий, нарушение правил работы с ртутьсодержащими приборами, правил их хранения и утилизации при широкой распространенности ртутьсодержащих изделий в производстве и в быту, целенаправленные проливы ртути являются причинами ртутного загрязнения окружающей среды. Указанные причины и источники ртутного загрязнения, безусловно, неравноценны по значимости при глобальной оценке ртутной эмиссии. Вместе с тем, каждое конкретное загрязнение ртутью того или иного объекта, ввиду высокой токсичности ртути, вызывают необходимость проведения специальных работ по устранению этого загрязнения - демеркуризации.

В организме среднего человека (массой тела 70 кг) содержится примерно 13 мг ртути, однако она, по-видимому, не выполняет никакой физиологической роли. По крайней мере, жизненная необходимость этого металла для человека и других организмов не доказана. В последнее время в научной литературе стали появляться сообщения о том, что ртуть обладает определенным биотическим эффектом и оказывает стимулирующее действие на процессы жизнедеятельности (в количествах, соответствующих физиологическим, т. е. нормальным для человека, концентрациям). Есть сведения о присутствии ртути в ядерной фракции живых клеток и о значении этого металла в реализации информации, заложенной в ДНК, и ее передаче при помощи транспортных РНК. Говоря проще, полное удаление ртути из организма, видимо, нежелательно, и те самые 13 мг, «заложенные» в нас природой, должны всегда содержаться в человеке (что, кстати, вполне согласуется с упомянутым выше законом Кларка-Вернадского о всеобщем рассеянии элементов). В то же время, надежно установлено, что ртуть (в дозах, превышающих физиологическую потребность, что, к сожалению, легко достигается) токсична для всех форм жизни, причем практически в любом своем состоянии, за редким исключением. Так, проглотить металлическую ртуть сравнительно не опасно, и она выводится через желудочно-кишечный тракт. Но экспериментировать категорически не рекомендуется, а если такое случилось, то надо немедленно обратиться к врачу! Прием внутрь 1 г ртутной соли смертелен. В пересчете на «чистую» ртуть для этого достаточно 150-300 мг; вредные эффекты проявляются при дозе «чистой» ртути в 0,4 мг.

С точки зрения патологии человека, ртуть отличается чрезвычайно широким спектром и большим разнообразием проявлений токсического действия в зависимости от свойств веществ, в виде которых она поступает в организм (пары металлической ртути, неорганические или органические соединения), путей поступления и дозы. Она оказывает негативное влияние на взрослых и на детей, на мужчин и на женщин. Основные пути воздействия ртути на человека связаны с воздухом (дыхание), с пищевыми продуктами, питьевой водой. Возможны и другие, случайные, но нередкие в обыденной жизни пути воздействия: через кожу, при купании в загрязненном водоеме, при поедании детьми загрязненной почвы, штукатурки и т. п. Особое значение имеет профессиональное воздействие, которое значимо в тех отраслях промышленности, где ртуть используется в технологических процессах. Выведение с мочой и калом - два основных пути выделения ртути из организма. Меньшее значение имеют испарения из легких, пот, слюноотделение.

Ртуть принадлежит к числу тиоловых ядов, блокирующих сульфгидрильные группы белковых соединений и этим нарушающих белковый обмен и ферментативную деятельность организма. Особенно сильно она поражает нервную и выделительную системы. При воздействии ртути возможны острые (проявляются быстро и резко, обычно при больших дозах) и хронические (влияние малых доз ртути в течение относительно длительного времени) отравления. Пары и неорганические соединения ртути вызывают контактный дерматит. При вдыхании ртутные пары поглощаются и накапливаются в мозге и почках. В организме человека задерживаются примерно 80% вдыхаемых паров ртути. В желудочно-кишечном тракте происходит практически полное всасывание метилртути. Есть сведения, что многие формы ртути способны проникать в организм человека через кожу. У беременных женщин ртуть преодолевает плацентарный барьер, поражая плод. Метилртуть попадает и в грудное молоко, накапливаясь до опасных уровней в крови детей.

Хроническое отравление ртутью приводит к нарушению нервной системы и характеризуется наличием астеновегетативного синдрома с отчетливым ртутным тремором (дрожанием рук, языка, век, даже ног и всего тела) неустойчивым пульсом, тахикардией, возбужденным состоянием, психическими нарушениями, гингивитом. Развиваются апатия, эмоциональная неустойчивость (ртутная неврастения), головные боли, головокружения, бессонница, возникает состояние повышенной психической возбудимости (ртутный эретизм), нарушается память. Вдыхание паров ртути при сильном воздействии сопровождается симптомами острого бронхита, бронхиолита и пневмонии. Наблюдаются изменения в крови и повышенное выделение ртути с мочой. Многие симптомы отравления парами ртути исчезают при прекращении воздействия и принятии соответствующих мер, но трудно достичь полного устранения психических нарушений. Чрезвычайно острое отравление ртутью вызывает разрушение легких. Как правило, отмеченные синдромы и симптомы наблюдаются при воздействии паров ртути при их концентрациях в воздухе более 0,1 мг/м . Но психические расстройства могут возникать и при более низких концентрациях. Так, при длительном воздействии низких концентраций паров ртути в воздухе - не более сотых долей мг/м у людей развивается меркуриализм. Обычно его проявления вначале выражаются в снижении работоспособности, быстрой утомляемости, повышенной возбудимости. Затем указанные явления усиливаются, происходит нарушение памяти, появляются беспокойство и неуверенность в себе, раздражительность и головные боли. Возможны катаральные явления в области верхних дыхательных путей, кровоточивость десен, неприятные ощущения в области сердца, легкое дрожание (слабый тремор), повышенное мочеиспускание и др.

Очень токсичны органические производные ртути. Важнейшие признаки отравления ими - тяжелое поражение центральной нервной системы, атаксия (расстройство согласованности в сокращении различных групп мышц), нарушение зрения, парестезия (ощущения онемения, покалывания, ползания мурашек и т. п.), дизартрия (расстройство речи), нарушение слуха, боль в конечностях - установлены и подробно описаны после широко известных отравлений метилртутью в Японии и Ираке. Эти явления практически необратимы и требуют чрезвычайно длительного лечения с целью хотя бы их снижения. Высокая токсичность метилртути (даже при поступлении в организм малых ее количеств в течение длительного периода времени) обусловлена ее липидорастворимостью, что позволяет ей легче проходить через биологические мембраны, проникать в головной мозг, спинной мозг, в периферические нервы, а также пересекать плацентарный барьер и накапливаться в плоде. Метилртуть полностью разрушает нервные клетки центральной нервной системы.

Анализ последствий заболеваний в Японии и Ираке показал, что у матерей, перенесших легкое отравление ртутью, рождались дети с тяжелым церебральным параличом. Таким образом, внутриутробный период представляет стадию жизненного цикла, очень чувствительную к воздействию ртути.

Сейчас установлено, что наряду с общетоксическим действием (отравлениями) ртуть и ее соединения вызывают гонадотоксический (воздействие на половые железы), змбриотоксический (воздействие на зародыши), тератогенный (пороки развития и уродства) и мутагенный (возникновение наследственных изменений) эффекты. Есть сведения о возможной канцерогенности неорганической ртути.

3. ДОБЫЧА, ПРОИЗВОДСТВО И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РТУТИ

Месторождения ртути известны более чем в 40 странах мира. Мировые ресурсы ртути оцениваются в 715 тыс т количественно учтенные запасы - в 324 тыс. т., из которых 26% сосредоточено в Испании, по 13% в Киргизии и России, 8% - в Украине, примерно по 5-6,5% - в Словакии, Словении, Китае, Алжире, Марокко, Турции. Обеспеченность запасами ртути максимального уровня ее потребления, достигнутого в 1990-е годы, составляет для мира около 80 лет. С начала 1970-х гг. из-за экологических факторов конъюнктура рынка ртути стала заметно ухудшаться. Если в начале 1970-х гг. мировое производство первичной ртути (добыча на рудниках и плавка) оценивалось на уровне 10000 т в год, то к концу 1980-х гг. оно уменьшилось более чем в два раза. Это сопровождалось снижением цен на ртуть: с 11 -12 тыс. долларов США за 1 т в 1980-1982 гг. до 4-5 тыс. долларов в 1994-1996 гг.

Эксперты считают, что в ближайшие годы не произойдет резкого изменения конъюнктуры рынка ртути. В ряде отраслей ее применение будет медленно сокращаться. Однако в некоторых производствах, в силу различных причин, например, в приборостроении, электротехнике, оборонной промышленности потребление ртути, видимо, останется на прежнем уровне. Химическая промышленность ряда стран, связанная с производством хлора, каустика, ацетальдегида, винилхлорида ртутным способом, также будет оставаться важным потребителем этого металла. Такие предприятия есть и в России.

Ртуть всегда находила широкое применение в различных сферах практической, научной и культурной деятельности человека. К началу 1980-х гг. было известно свыше тысячи разнообразных областей ее применения. Вот основные из них, в которых ртуть и ее соединения в той или иной мере используются и сейчас: - химическая промышленность - производство хлора и каустика, ацетальдегида, хлорвинила, полиуретанов, ртутьорганических пестицидов, красок;

- электротехническая промышленность - производство различных ламп, реле, сухих батарей, переключателей, выпрямителей, игнитронов и др.;

- радиотехническая промышленность и приборостроение - производство контрольно-измерительных приборов (термометры, барометры, манометры, полярографы, электрометры), радио- и телеаппаратуры;

- медицина и фармацевтическая промышленность - изготовление глазных и кожных мазей, веществ бактерицидного действия, производство витамина В , изготовление зубных пломб (амальгамы серебра и меди);

- сельское хозяйство (ядохимикаты, антисептики);

- машиностроение и вакуумная техника - производство вакуумных насосов и др.;

- военное дело - изготовление детонаторов, управляемых снарядов;

- металлургия - получение сверхчистых металлов, точное литье, амальгамирование благородных металлов;

- горное дело (гремучая ртуть);

- лабораторная практика и аналитическая химия.

В энергетике ртуть использовалась как рабочее тело в мощных бинарных установках промышленного типа, где для генерации электроэнергии на первых ступенях применялись ртутно-паровые турбины, а также в ядерных реакторах для отвода тепла. Элементарную ртуть используют в процессах разделения изотопов лития. Ртутью иногда легируют другие металлы. Небольшие ее добавки увеличивают твердость сплава свинца со щелочноземельными металлами. Ее даже использовали при паянии. Цианид ртути применяли в производстве антисептического мыла.

Распространенность ртути в природе

Ртуть - редкий элемент. Ее средние содержания в земной коре и основных типах горных пород оценивают-ся в 0,03-0,09 мг/кг, т. е. в 1 кг породы содержится 0,03-0,09 мг ртути, или 0,000003-0,000009 % от общей массы (для сравнения - одна ртутная лампа в зависимости от конструкции может содержать от 20 до 560 мг ртути, или от 0,01 до 0,50% от массы). Масса ртути, сосредоточенная в поверхностном слое земной коры мощностью в 1 км, составляет 100 000 000 000 т (сто миллиардов тонн), из которых в ее собственных месторождениях находится только 0,02%. Оставшаяся часть ртути существует в состоянии крайнего рассеяния, по преимуществу в горных породах (в водах Мирового океана рассеяно 41,1 млн. т ртути, что определяет невысокую среднюю концентрацию ртути в его водах - 0,03 мкг/л). Именно эта рассеянная ртуть создает природный геохимический фон, на который накладывается ртутное загрязнение, обусловленное деятельностью человека и приводящее к формированию в окружающей среде зон техногенного загрязнения.

В природных условиях ртуть обычно мигрирует в трех наиболее распространенных состояниях - Нg⁰ (элементарная ртуть), Нg²⁺ (ион двухвалентной ртути), СН₃Нg⁺ (ион метилртути), а также в виде менее распространенного иона Нg₂²⁺ Химические соединения Hg(ll) встречаются в природе значительно чаще, нежели Hg(l). В водах между Нg⁰, Нg₂²⁺ и Нg²⁺ устанавливается равновесие, которое определяется окислительно-востановительным потенциалом раствора и концентрацией различных веществ, формирующих комплексы с Нg²⁺. Ионы Нg(II) образуют устойчивые комплексы с биологически важными молекулами. Именно высокое химическое сродство ртути (II) и ее метилированных соединений к биомолекулам в существенной мере определяет токсикологическую опасность ртути в условиях окружающей среды.

Распределение и миграция ртути в окружающей среде осуществляются в виде круговорота двух типов. Во-первых, глобального круговорота, включающего циркуляцию паров ртути в атмосфере (от наземных источников в Мировой океан и наоборот). Во-вторых, локального круговорота, основанного на процессах метилирования неорганической ртути, поступающей, главным образом, из техногенных источников. Многие этапы локального круговорота еще недостаточно ясны, но полагают, что он включает циркуляцию в среде обитания диметилртути. Именно с круговоротом второго типа чаще всего связано формирование опасных с экологических позиций ситуаций.

Поступающие в окружающую среду из природных и техногенных источников ртуть и ее соединения подвергаются в ней различным преобразованиям. Неорганические формы ртути (элементарная ртуть Нg⁰ и неорганический ион Hg²⁺) претерпевают преобразования в результате окислительно-восстановительных процессов. Пары ртути окисляются в воде в присутствии кислорода неорганическую двухвалентную ртуть (Hg²⁺), чему в значительной мере способствуют присутствующие в водной среде органические вещества, которых особенно много в зонах загрязнения. В свою очередь, ионная ртуть, поступая или образуясь в воде, способна формировать комплексные соединения с органическим веществом. Наряду с окислением паров ртути образование Hg²⁺ может происходить при разрушении ртутьорганических соединений.

Неорганическая ртуть Hg²⁺ претерпевает два важных вида превращений в окружающей среде. Первый - это восстановление с образованием паров ртути. Этот процесс, являющийся ключевым в глобальном круговороте ртути, изучен плохо. Известно, что некоторые бактерии способны осуществлять это преобразование. Второй важной реакцией, которой подвергается Hg²⁺ в природе, является ее превращение в метил- и диметилпроизводные и их последующие взаимопревращения друг в друга. Эта реакция играет ключевую роль в локальном круговороте ртути. Важно то, что метилирование ртути происходит в самых различных условиях: в присутствии и отсутствии кислорода, разными бактериями, в различных водоемах, в почвах и даже в атмосферном воздухе. Особенно интенсивно процессы метилирования протекают в верхнем слое богатых органическим веществом донных отложений водоемов, во взвешенном в воде веществе, а также в слизи, покрывающей рыбу. Метилирование приводит к образованию монометил- и диметилртутных соединений. Монометилртуть (СН₃-Hg⁺) , обычно говорят и пишут просто «метилртуть»), обладая, как уже говорилось, высоким сродством к биологическим молекулам, чрезвычайно активно накапливается живыми организмами. Факторы биоконцентрирования, т. е. отношения содержания метилртути в тканях рыб к ее концентрации в воде, могут достигать 10000-100000. Диметилртуть (СН₃)₂Hg, отличаясь высокой растворимостью и испаряемостью, улетучивается из воды в атмосферу, где может превращаться в монометил ртуть, удаляться с дождевыми осадками и возвращаться в водоемы и в почву, завершая таким образом локальный круговорот ртути.

Типичные природные (фоновые) концентрации паров ртути в приземном слое в атмосферном воздухе обычно составляют 10-15 нг/м³ при колебаниях от 0,5-1 до 20-25 нг/м³. Видимо, именно такие содержания практически безопасны для живых организмов. В зонах загрязнения концентрации возрастают в десятки и сотни раз, а в производственных или загрязненных ртутью помещениях могут достигать экстремально высоких значений (до 1-5 мг/м³). Главной формой ртути в атмосфере являются пары металла (Нg⁰), меньшее значение имеют ионная форма, органические и неорганические (хлориды, йодиды) соединения. Она также связывается с аэрозолями. В зонах загрязнения концентрации ртути в дождевой воде достигают 0,3-0,5 мкг/л и даже более (при фоне обычно не больше 0,1 мкг/л). В городах наблюдается увеличение количества ртути, переносимой с аэрозолями и атмосферной пылью.

Фоновые уровни ртути в природных почвах зависят от их типа, но в большинстве случаев находятся в пределах 0,01-0,1 мг/кг. Нижние пределы характерны для песчаных почв, верхние - для почв, богатых органическим веществом. Содержания, превышающие эти величины, связаны с влиянием загрязнения. В зонах загрязнения уровни ртути, особенно в верхних горизонтах почв, увеличиваются в десятки-сотни раз, иногда даже в тысячи раз. В почвах ртуть активно аккумулируется гумусом, глинистыми частицами, может мигрировать вниз по почвенному профилю и поступать в грунтовые воды, поглощаться растительностью, в том числе сельскохозяйственной, а также выделяться в виде паров и в составе пыли в атмосферу. При сильном загрязнении почв концентрации ртути в воздухе могут достигать опасных для человека величин.

В поверхностных водах ртуть мигрирует в двух основных фазовых состояниях - в растворе вод (растворенные формы) и в составе взвеси (взвешенные формы). В свою очередь, в растворе вод она может находиться в виде двухвалентного иона, гидроксида ртути, комплексных соединений (с хлором, органическим веществом и др.). Среди соединений Нg (II), мы уже знаем об этом, по своему экологическому и токсикологическому значению особая роль принадлежит ртутьорганическим соединениям. Важнейшими аккумуляторами ртути, особенно в условиях загрязнения, являются взвесь и донные отложения водных объектов. Наиболее высокими концентрациями ртути характеризуются техногенные илы, активно накапливающиеся в реках и водоемах, куда поступают сточные воды промышленности. Уровни содержания ртути в них достигают 100-300 мг/кг и больше (при фоне до 0,1 мг/кг). Известны случаи, когда количество ртути, поступившей со сточными водами и накопившееся в таких илах, составляло десятки и сотни тонн. Нормальное функционирование таких рек и водоемов, их практическое использование возможно только при удалении загрязненных отложений. Использование загрязненных ртутью вод для орошения сельскохозяйственных угодий приводило к ее накоплению в сельхозпродукции до уровней, превышающих ПДК.

Типичные фоновые уровни валовой ртути (растворенные формы) в природных пресных водах составляют 0,03-0,07 мкг/л; в донных отложениях рек и пресноводных озер - 0,05-0,1 мг/кг; в пресноводных растениях -0,04-0,06 мг/кг сухой массы. Обычно там, где нет указаний на загрязнение ртутью, ее уровни в питьевых водах редко превышают 0,1 мкг/л. Ртуть, прежде всего метилртуть, относится к веществам, которые накапливаются в пищевой цепи, простым образцом которой может быть, например, следующий ряд: личинка - пескарь - окунь - щука - кошка. Это значит, что в каждом последующем организме содержание метилртути обычно многократно выше, нежели в предыдущем. Пищевые продукты, выращенные и полученные при соблюдении необходимых условий, обычно характеризуются допустимым содержанием ртути.

4. МЕТОДИЧЕСКИЕ РАЗРАБОТКИ ПО ТЕМЕ «РТУТЬ И ЗДОРОВЬЕ

ЧЕЛОВЕКА»

Ртуть - яд кумулятивного действия, способна накапливаться в организме, главным образом в жировых тканях, вызывает уродства у детей. Токсическая доза составляет 0,4 мг, летальная - 150-300 мг.

Токсические свойства ртути

В отличие от многих веществ, которые в газовой фазе находятся в форме двух-, трех- и четырехатомных молекул, ртуть существует в виде атомов Нg. Попадая в легкие, пары ртути проникают в кровеносную систему и вступают в химическое взаимодействие с белками-ферментами, биокатализаторами, которые осуществляют в нашем организме тысячи химических процессов. Одни ферменты, связавшись атомами ртути, теряют свои каталитические свойства, а другие - начинают ускорять реакции, продуктами которых являются вещества, отравляющие организм.

Так или иначе, каждый из нас имеет дело c ртутью. Всем нам приходится измерять температуру тела. Возможна такая ситуация, когда при измерении температуры градусник выпадает у вас из рук и... разбивается. Мельчайшие капельки ртути рассыпаются по полу. Обстоятельства осложняются, если это происходит в помещении, где паркетный пол: тогда капельки попадают в щели между планками. Концентрация ртути становится больше ПДК примерно в 100 раз. В этом случае необходимо выполнить ряд действий для предотвращения хронического отравления обитателей комнаты:

1. Собрать с помощью медной (латунной) проволоки (пластинки) или листочков фольги («серебряной», оловянной бумажки от конфет) вытекшую ртуть. К медной и оловянной поверхности жидкая ртуть, смачивая ее, прилипнет. Для этого также можно воспользоваться обыкновенной медицинской грушей. После сбора капель места, где могла задержаться ртуть, надо засыпать порошком серы или алюминиевой пылью или же залить раствором хлорида железа (III).

2. Поместить в стеклянную баночку все собранные шарики и отвезти на ближайшую санитарно-эпидемиологическую станцию.

3. Место, где находилась ртуть, протереть влажной тряпкой, после чего тщательно вымыть руки (а тряпку выбросить).

Опасность хронического отравления ртутью заключается в том, что человек в течение длительного времени не обнаруживает признаков расстройства здоровья. В это время и происходит развитие тех биологических изменений, результатом которых становятся тяжелые последствия, а именно: повышенная возбудимость, острые головные боли, общая слабость, повышенная утомляемость, прогрессирующее ослабление памяти, обмороки. Позже начинают дрожать руки, веки, в тяжелых случаях - ноги. Эти признаки хронического отравления ртутью могут сопровождаться разрыхлением десен, выпадением зубов и волос, расстройством пищеварительного тракта.

Организм детей и женщин более чувствителен к воздействию ртути, чем организм мужчин.

Арабские алхимики и врачи, не знавшие о пагубных последствиях нахождения в помещении со ртутью, заметили, что скорпионы покидают жилище, в котором разлита ртуть. Это происходит потому, что ферментные белки скорпиона отличаются от человеческих. Молекулы тканей скорпиона немедленно «ощущают» действие атомов ртути, например, на ферменты, обеспечивающие процесс дыхания. Было бы неплохо иметь и человеку такую «сигнальную систему раннего реагирования» на наличие в воздухе паров ртути. А пока ничтожное содержание ртути в воздухе лабораторий и промышленных предприятий химики определяют на основе чувствительных цветовых реакций.

Ртуть - единственный (в природных условиях) жидкий металл, который испаряется даже при комнатной температуре. Ее пары имеют свойство равномерно распространяться по всему объему, сорбируясь тканями, деревянными изделиями и материалами различных конструкций. При температуре выше 28 °С ртуть начинает испаряться и ее пары снова попадают в воздух. Поэтому ее действие всеобъемлюще: она загрязняет почву, воздух и воду.

Если металлическая ртуть по разным причинам попадает в организм человека, отравляющего эффекта не наблюдается. В литературе описывается случай, когда в кровь человека попало несколько миллилитров ртути. Жидкая ртуть в течение девяти лет обнаруживалась при рентгеноскопии в желудочке сердца и на поверхности легких. Но признаков ртутного отравления не наблюдалось.

Известно, что в старину заворот кишок лечили, давая больному выпить стакан ртути. Основная масса ртути, пройдя через кишечник, выводится из организма, но капельки ее задерживались в организме, не вызывая негативных последствий.

Возникает вопрос: как объяснить то обстоятельство, что инертный металл, встречающийся в природе в самородном виде, который в обычных условиях не окисляется кислородом, не взаимодействует с водой и щелочами, не растворяется в большинстве кислот (растворяется только в царской водке, горячей концентрированной H₂SO₄ и HNO₃), вдруг проявляет ядовитые свойства?

Необходимо различать действия металлической ртути, ее паров и солей.

Наиболее токсичны соли Hg²⁺, например сулема HgCl₂. Если в организм попадают соли Hg²⁺, то немедленно возникает рвота и наступает упадок сердечной деятельности, резкое понижение температуры тела и обморок.

Металлическая ртуть практически безвредна для живых существ, т. к. в организме процесс образования иона двухвалентной ртути Hg - 2e = Hg²⁺, который и может вызвать отравление, не происходит.

Токсичность паров ртути объясняется изменением химических свойств вещества при его измельчении, в предельном случае - атомизации вещества, которая является очень эффективным способом повышения его химической активности.

Соединения одновалентной ртути менее токсичны, чем соединения двухвалентной ртути.

Наиболее опасны для живого органические соединения ртути, например ионы метилмеркулхлорида CH₃HgCl.

Соединения одновалентной ртути обладают низкой растворимостью в воде, соединения двухвалентной ртути, напротив, водорастворимы. Ртутьорганические соединения хорошо растворяются в жирах. Диметилртуть (СН₃)₂Hg летуча и легко впитывается кожей.

Нахождение ртути в живых организмах

В молодых животных ртути меньше, чем в старых. В хищниках больше, чем в объектах, которыми они питаются. Особо «отличившиеся» рыбы - тунец - содержат до 0,7 мг/кг и более. Отсюда следует, что в питании не следует злоупотреблять хищной рыбой. В Японии сброс отходов промышленности в р. Агано и залив Минамата привел в 1960-х гг. к обогащению ртутью рыб, крабов и устриц. Употребление их в пищу вызвало сильнейшее отравление местных жителей. Рыбный промысел в заливе до сих пор запрещен, поскольку на дне моря лежит ~600 т ртути. «Накопителем» ртути являются почки животных (до 0,2 мг/кг). Но если при приготовлении почек их неоднократно вымачивать, меняя воду, и дважды их выварить, то можно снизить содержание ртути примерно в 2 раза.

В растительных продуктах ртуть больше всего содержится в орехах, в какао-бобах и шоколаде (до 0,1 мг/кг). В большинстве остальных продуктов содержание ртути не превышает 0,01-0,03 мг/кг. С пищей человек в сутки получает ее 20 мкг. Ртуть, попав в организм, сосредоточивается в почках и нарушает их нормальную деятельность.

С 1819 г. амальгаму (сплав ртути с каким-либо металлом, чаще всего с серебром, оловом или медью) применяют для пломбирования зубов. И до сих пор она остается лучшим материалом для лечения некоторых случаев кариеса. Немецкие стоматологи выяснили, каким образом она влияет на организм человека. Оказалось, что в день из пломбы в организм просачивается ~5 мкг ртути. Это количество безопасно в сравнении с тем, сколько ее поступает в организм при активном и пассивном курении.

При приеме препаратов ртути внутрь возникает острое отравление. Симптомы отравления обусловлены:

а) раздражающим и прижигающим действием соединений ртути на желудочно-кишечный тракт;

б) всасыванием (резорбцией) ионов ртути;

в) действием ртути на органы выделения.

Раздражающее и прижигающее действия препаратов ртути на слизистые оболочки желудочно-кишечного тракта развиваются вскоре после приема препаратов внутрь. При этом появляются металлический вкус и чувство жжения во рту, боли в животе, тошнота и рвота (нередко с примесью крови), усиливается слюноотделение. В первые часы отравления в связи с резким раздражением желудочно-кишечного тракта и возникновением в нем острых болей может развиться шок.

Всасывание ионов ртути происходит уже в первые часы отравления и влияет на центральную нервную систему (вначале происходит ее возбуждение, судороги, затем ее угнетение), наблюдается нарушение деятельности сердечно-сосудистой системы (сердечная слабость, падение артериального давления, слабый и частый пульс) и функции почек (вначале усиление, затем уменьшение мочеотделения). Ионы ртути всасываются преимущественно слизистыми оболочками пищеварительного тракта и почками, в связи с чем у пострадавших развиваются стоматит, язвенный колит и поражение почек.

Действие ионов ртути на органы выделения развивается на 2-е-3-и сутки от момента приема яда.

Помощь при острых отравлениях препаратами ртути

1. Предпринять меры к удалению яда и предупреждению его всасывания из желудочно-кишечного тракта. Для этого пострадавшему необходимо дать внутрь молоко, яичный белок (для связывания ртути с белком). 2. Осторожно промыть желудок водой с активированным углем. 3. Принять внутрь активированный уголь и солевое слабительное (сульфат магния). 4. Для предупреждения всасывающего действия ионов ртути рекомендуется как можно раньше начать парентеральное (например, посредством инъекции) введение антидотов (противоядие). В качестве антидотов при отравлении ртутью используют унитиол и тиосульфат натрия. Принцип действия унитиола заключается в том, что этот антидот, являясь веществом, содержащим SH-группы (сульфгидрильные группы), связывает ионы ртути. Тем самым предупреждают блокирование ртутью SH-групп белков и ферментов организма. Действие тиосульфата натрия сводится к тому, что ионы ртути образуют с этим веществом неядовитые соли.

Знаете ли вы, что...

· В прошлом веке около 120 человек, производивших золочение Исаакиевского собора в Петербурге, получили смертельные отравления. Купола золотили, натирая металлическую кровлю амальгамой золота - раствором золота в ртути. Смертельное отравление было вызвано парами ртути, которыми ежедневно дышали рабочие. Это произошло потому, что рабочие и руководство плохо знали токсические свойства ртути и не обратили внимание на симптомы начавшегося отравления: отсутствие аппетита, головные боли и желудочные расстройства.

· В средние века отравление ртутью получило название «болезнь сумасшедшего шляпочника», т. к. заболевали мастера, применявшие ртутные препараты при изготовлении фетровых шляп.

· В 140 г. н. э. китайский алхимик Вый Поян занимался изготовлением «пилюль бессмертия». Их состав - сульфид ртути. Эти пилюли он принимал сам, давал их ученикам и своей любимой собаке. Все они, конечно, умерли.

· С увеличением кислотности воды в озере на 1 единицу рН концентрация ртути в тканях рыб повышается в среднем на 0,14 мг/кг. В Швеции и США рыболовам рекомендовано возвращать в озеро пойманную рыбу, если ее возраст более трех лет.

· Одним из широко распространенных источников ртути являются всем известные люминесцентные лампы. Одна такая лампа дневного света содержит ~150 мг ртути и, выброшенная на свалку и лишившаяся герметичности, способна загрязнить ртутью 500 тыс. м³ воздуха на уровне ПДК. Только московский завод ЗИЛ ежегодно отправлял на свалки 200 тыс. отработанных ртутных ламп.

ЛИТЕРАТУРА

1. Аксенова О.В. Экология. М.:Знание,1999.-287с. 2.Боголюбов С.А. Экология: Юрид. энцикл. слов. Ин-т законодательства.Норма,2001,-443с.

2. Большаков В.Н. Экология. М.:Интернет инжиниринг, 2000.-330с.