Модуль 4. Эволюция состава биосферы.
Биогеохимия агроландшафтов

Тема 4.3. ХИМИЧЕСКОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПРИРОДНЫХ СРЕД.
ПОНЯТИЯ ТОКСИЧНОСТИ И ПДК

Жизнедеятельность любого организма в очень большой степени зависит от параметров окружающей среды. Для каждого биологического вида существуют оптимальные диапазоны значений тех или иных факторов, при которых условия жизнедеятельности организма наиболее благоприятны. Выход за рамки этого диапазона (превышение верхней или нижней пороговой концентрации), причём в любую сторону, ухудшает условия жизнедеятельности и в пределе может привести к гибели организма.

Среди наиболее важных факторов – содержание в окружающей среде тех или иных химических веществ (элементов или соединений). Если содержание химического вещества не достигает оптимального уровня, это называется его дефицитом, если же оказывается слишком высоким – избытком. Для живых организмов неблагоприятно и то, и другое. Но дефицитность химических элементов и соединений представляет собой меньшую экологическую проблему. Во-первых, с дефицитом легче бороться. Для растений – внесением удобрений, для животных и человека – использованием кормовых и пищевых добавок. Во-вторых, дефицитность, как правило, является следствием естественных природных факторов, и степень дефицитности обычно не бывает очень существенной.

В противоположность этому, избыток содержания тех или иных химических веществ в природных средах наиболее часто возникает как результат их химического загрязнения, и превышение их концентраций над оптимальным уровнем может быть многократным. И противодействовать таким явлениям многократно сложнее.

Токсичность химических элементов и соединений.

С превышением верхней пороговой концентрации связано понятие токсичности – способности химических элементов и соединений оказывать вредное воздействие на орга-низм. Степень вредности такого воздействия может быть различной, с чем связано разделе-ние элементов-токсикантов или их соединений на классы опасности.

Примеры наиболее распространенных элементов-токсикантов:

I класс опасности – As, Cd, Hg, Se, Pb, Zn,F;

II класс опасности – B, Co, Ni, Mo, Cu, Sb, Cr;

III класс опасности – Mn, V, W, Sr, Ba.

Это подразделение сделано на основе степени вредного воздействия на организм человека. Ясно, что для каждого биологического вида величина пороговых концентраций и степеней токсичности индивидуальна. Есть виды, способные без ущерба для них самих быть накопителями токсикантов. Есть в этом подразделении и определённая доля условности, связанная с различиями форм нахождения элементов в среде. Один и тот же химический элемент, в зависимости от вхождения в состав различных химических соединений, может оказывать либо большее, либо меньшее токсическое воздействие. Но, с учётом того, что в природе возможны переходы любого химического элемента из одной формы нахождения в другую, оценка степени токсичности даётся каждому элементу по максимально возможному уровню его опасности.

Понятие ПДК.

Но остается вопрос, насколько реально опасны повышенные содержания тех или иных веществ в природных среда? Для этой оценки введено понятие предельно допустимой концентрации (ПДК). ПДК – это норматив количества вредного вещества в природной среде, при котором оно не оказывает неблагоприятного воздействия на человека и его потомство при постоянном контакте или воздействии за определенный промежуток времени. Величина ПДК устанавливается законодательно. Поэтому ПДК можно считать понятием более юридическим, чем естественнонаучным (хотя величины ПДК определяются на основе научных рекомендаций). И поэтому же в различных странах принимаются свои нормативы предельно допустимых концентраций, которые могут отличаться друг от друга в разы и даже на порядки. Это всегда следует иметь в виду при сопоставлении результатов экологических исследований, выполняющихся в различных странах, в том числе сопредельных (например, когда специалисты двух соседних государств оценивают, независимо друг от друга, последствия одной техногенной аварии, случившейся в пограничном районе). При этом есть общие нормативы, рекомендованные Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ), и рекомендуется, чтобы национальные нормативы были не менее жёсткими. А вот ужесточение национальных норм по сравнению с международными вполне допускается и даже поощряется.

Величины токсичности и ПДК связаны в целом обратной пропорцией. Чем токсичнее вещество, тем ниже величина ПДК.

Значения ПДК устанавливаются не только для каждого вещества в отдельности, но и для каждой из сред, в которых оно может содержаться. Для каждой среды применяются свои единицы измерений:

Для почв – мг/кг, воды – мг/л, воздуха – мг/м3.

Величина ПДК устанавливается с учетом различных показателей вредности, связанных с особенностями воздействия на организм или способами переноса (обмена между средами). В частности, для оценки величины ПДК в почвах, поскольку вещество почвы прямого воздействия на организм человека не оказывает, используются несколько показателей такого возможного опосредованного воздействия.

Водно-миграционный показатель учитывает способность вещества образовывать растворимые формы, передаваться через водную среду и, соответственно, попадать в организм человека при употреблении воды.

Воздушный показатель учитывает «летучесть» вещества, способность его испаряться и переноситься по воздуху, попадая в организм человека в процессе дыхания.

Транслокационный показатель учитывает способность химического элемента накапливаться в растениях и попадать в организм человека или животных при их употреблении в пищу.

Показатель, основанный на вредности прямого попадания токсичного вещества в организм, называется санитарно-токсикологическим.

Для атмосферного воздуха и природных вод, используемых для водоснабжения, может применяться органолептический показатель, учитывающий не только токсическое воздействие, но и появление неприятных ощущений при вдыхании загрязнённого воздуха или употреблении загрязнённой воды.

В конечном счёте, за итоговый, лимитирующий показатель при установлении ПДК принимается тот, который является наиболее жёстким. При установлении ПДК для воздушной среды учитывается не только содержание вещества, но и время, которое человек может без ущерба для здоровья провести в данной атмосфере. Это обусловлено тем, что воздействие токсичных веществ, рассеянных в атмосфере, не является разовым, а осуществляется непрерывно в процессе дыхания. Чем дольше человек пребывает в загрязнённой атмосфере, тем выше опасность для его здоровья.

Для наиболее токсичных веществ значения ПДК не устанавливаются. Это означает, что любые, даже самые незначительные содержания их в природных средах, представляют опасность для здоровья человека. Такую высокую степень токсичности могут иметь некоторые вещества, синтезируемые искусственно и не имеющие природных аналогов.

Ниже приведены примеры значений ПДК для различных природных сред, принятые в России.

Таблица 3.2.1. ПДК некоторых атмосферных загрязнителей, мг/м³

Вещество	Норматив содержания	Время
Оксид углерода	5	30 мин
	3	24 часа
Озон	0,16	30 мин.
	0,03	24 часа
Диоксид серы	0,5	30 мин.
	0,05	24 часа
Диоксид азота	0,085	30 мин.
	0,04	24 часа
Формальдегид	0,035	30 мин
	0,003	24 часа
Свинец	0,0017	24 часа
Кадмий	0,001	24 часа
Ртуть	0,0003	24 часа