4.6. Перенос, трансформация и накопление загрязнителей в окружающей среде

Общая характеристика. В биосфере происходит непрерывный перенос разных видов загрязнения как в пространстве, так и из одной компоненты окружающей среды в другие ее компоненты. Рассматривают два вида переносов в биосфере: абиотический и биотический. Кроме этого важное экологическое значение имеет трансформация загрязняющих веществ, т.е. образование за счет физико-химических процессов новых веществ, иногда значительно более вредных, чем исходные. Эти процессы являются основной причиной вторичного загрязнения окружающей среды. В качестве примера такой трансформации можно привести образование ядовитого смога в результате фотохимических процессов в атмосфере промышленных центров, которые могут происходить при некоторых особых метеорологических условиях.

Абиотический перенос загрязнения в окружающей среде. Абиотический перенос загрязнения в пространстве связывается с действием физических механизмов в компонентах окружающей среды, например, атмосферный перенос фтор- и хлорсодержащих углеводородов в верхние слои атмосферы, что рассматривается как основная причина разрушения озонового экрана биосферы. Другим примером может служить перенос радиоактивного загрязнения в результате Чернобыльской катастрофы с атмосферными массами под действием ветра в Подмосковье, в Беларусь, в Скандинавию. В качестве третьего примера может быть назван речной перенос в северные районы Сибири химических загрязняющих веществ, сбрасываемых в реки промышленными предприятиями Кузбаса, что является одной из основных причин загрязнения речного бассейна Оби и прибрежных морей Северного Ледовитого океана.

Абиотический перенос загрязнения из одной компоненты среды в другую также происходит под действием геофизических факторов. Например, последствием такого переноса является загрязнение гидросферы пестицидами в результате их смыва дождями с полей. Это пример переноса загрязнений из почвы в водную среду. А кислотное загрязнение почвы (серной и азотной кислотами) может быть вызвано путем вымывания осадками из атмосферы оксидов серы и азота (перенос из атмосферы в почву).

Биотический перенос загрязнения. Этот вид переноса загрязнения связан с движением пищи по трофическим цепям в экосистемах. Загрязняющие вещества, присутствующие в пище, не усваиваются организмами подобно органическим веществам пищи по принципу Линдемана, а накапливаются в организмах, что приводит к аккумуляции загрязнения в организмах, располагающихся на верхних трофических уровнях экосистем. Примером такого биотического переноса пестицидов может служить следующая трофическая цепь:

I II III IV V

ФИТОПЛАНКТОН – ЗООПЛАНКТОН – РАКООБРАЗНЫЕ – РЫБЫ – БАКЛАНЫ

первый уровень которой представлен фитопланктоном в морской воде, загрязненной пестицидами, смываемыми с полей и доставляемыми речной водой в прибрежные моря. Эта трофическая цепь демонстрирует возможность аккумуляции пестицидов в рыбе и птицах, находящихся соответственно на 4-м и 5–м трофических уровнях.

Другим примером биотического переноса может служить накопление радиоактивного цезия-137 в мясе млекопитающих по трофической цепи:

ЛИШАЙНИК - ОЛЕНЬ - ЧЕЛОВЕК.

Последний пример объясняет известные факты радиоактивного загрязнения мяса оленей, потребляемого человеком. Одна из региональнях проблем связана с тем, что северные олени, мясо которых употребляют в пищу представители коренных национальностей ХМАО (ханты, манси) и пришлое население, питаются ягелем и мхами, которые аккумулируют атмосферную пыль. Поэтому в мясе этих животных, как результат прошлых ядерных испытаний, накапливается много стронция-90. Так, в организме эскимосов Аляски стронция-90 в 4 раза больше, чем у жителей США. У шведских лапландцев в 30-40 раз больше, чем у жителей Южной Швеции.

Биотический перенос, как отмечено выше, сопровождается накоплением загрязнения в организмах на верхних трофических уровнях. Для иллюстрации ниже в табл. 3 приведены экспериментальные данные о коэффициентах накопления некоторых радиоактивных элементов в организмах, обитающих в морской воде.

Таблица 3

Коэффициенты накопления в организмах

по отношению к морской воде

Виды организмов	Рутений-106	Цезий-137	Стронций-90
Водоросли	330-1800	100	1-6
Моллюски	1200-2000	15-70	8-15
Ракообразные (креветки)	600	100
Рыбы (камбала)	10	45	0,3

Накопление загрязнения по трофическим цепям. Как следует из вышеизложенного, потребление загрязненной пищи сопровождается накоплением (аккумуляцией) загрязняющих веществ по трофическим цепям в экосистеме. Явление, связанное с относительным ростом концентрации загрязняющих веществ в организмах по мере продвижения по трофической цепи, называется биотическим накоплением химических веществ. Таким образом в организмах консументов накапливаются пестициды, тяжелые металлы, радиоактивные элементы и др. Устрица может содержать в 70000 раз больше пестицида ДДТ, чем воде, где она обитает. В конечном итоге человек – суперхищник в социоприродной экосистеме, находясь в конце трофической цепи, страдает больше других биологических организмов («эффект экологического бумеранга»).

Ниже приведены для примера эмпирические величины коэффициента аккумуляции радиоактивного фосфора-32, содержащегося в речной воде реки Колумбии из-за сбросов отходов плутониевого реактора, по условной пищевой цепи:

ФИТОПЛАНКТОН - РЫБА – ЧЕЛОВЕК

1 1000 5000

Еще большие величины коэффициента накопления радиоактивных элементов обнаруживаются в морской среде. Например, по данным измерений американских ученых коэффициенты накопления в фитопланктоне для ряда изотопов: железо-55, свинец-210, фосфор-31 и цинк-65 имеют величины от 20 000 до 40 000. Поэтому пищевые цепи в морской среде могут положить начало аккумуляции некоторых радиоактивных элементов в количествах, значительно превышающих нормативы радиационной безопасности.

Приведенные выше оценки коэффициентов аккумуляции химически и радиационно опасных загрязнителей в экосистемах показывают, что даже при незначительных их концентрациях в компонентах окружающей среды, за счет эффекта биотического накопления по трофическим цепям в продуктах питания (особенно животного происхождения) могут содержаться вредные для здоровья вещества в концентрациях, значительно превышающих предельно допустимые нормы.

При этом практика показывает, что чем длиннее трофическая цепь, тем меньшие коэффициенты накопления регистрируются, так как при миграции химических веществ по цепям питания они также подвергаются процессам деструкции и трансформации.