Природные и техногенные биогеохимические провинции. Особенности влияния почвы на условия жизни и здоровье людей.
Биогеохимические провинции — области на поверхности Земли, характеризующиеся специфическим для них содержанием химических элементов в горных породах, почвах, поверхностных и подземных водах, растительности, что влияет на распространение некоторых болезней, получивших название эндемических. Биогеохимические провинции могут быть природными, обусловленные естественным, природным содержанием химических элементов, и техногенными или антропогенными, обусловленные технологической деятельностью человека и загрязнением окружающей среды.
(Слайд 7 из Степкин Лекция 9КГ)
Пример эндемических болезней — эндемический зоб при дефиците в продуктах йода, кариес зубов при дефиците в питьевой воде фтора, флюороз при избытке в окружающей среде фтора.
При изучении эндемических болезней широко используется метод биогеохимического районирования — определение на местности и отражение на картах территориальных комплексов, отличающихся один от другого составом и количеством химических элементов в окружающей среде (геологических породах, почвах, водах, растительности). При биогеохимическом районировании с медицинскими целями дополнительно устанавливают содержание определенных элементов в сельскохозяйственной продукции, пищевых рационах, а также пораженность населения эндемическими болезнями.
Химический состав почвы, как фактор риска развития болезней неинфекционной этиологии
Как уже отмечалось, природный аномально высокий или аномально низкое содержание в почве эндогенных химических веществ, их миграция с грунта в соседние среды и по пищевых цепях обуславливает образование природных биогеохимических провинций, с которыми связано эндемическое значение почвы.
Примеры химических факторов риска, связанных с содержанием в почве некоторых веществ:
Повышение селена (щелочная болезнь).
Снижение селена (болезнь Кешана) — ювенильная кардиопатия, гипертоническая болезнь, эндокринопатия.
Повышение молибдена (молибденовая подагра).
Повышение железа, стронция, марганца, цинка, свинца, серебра, фтора и снижение Са — уровская болезнь (болезнь Кашина-Бека) — остеодеформирующий остеоартроз, медвежья лапа, утиная походка.
Эндемический зоб (снижение йода ниже 0,2-0,3 мг). (Выражено отмечен в Карпатах, Полтавской области).
Повышение фтора — флюороз — нарушение кроветворения, фосфорно-кальциевого обмена; выше 1,5 мг/л — заболевания почек, печени, гастрит.
Повышение никеля — рак легких, желудка.
Повышение бора — борный энтерит
Повышение свинца (сатурнизм) — заболевание кроветворной и репродуктивной системы.
Болезнь Юшо (маслянная болезнь) — полихлорированные бифенолы.
Микроэлементозы
Как известно, существует комплекс механизмов, обеспечивающий поступление микроэлементов в организм, поддерживающий их баланс и метаболизм, объединенных в микроэлементную систему гомеостаза, являющуюся частной формой общей гомеостатической системы человека.
При избытке, дефиците или дисбалансе микроэлементов возникают заболевания или синдромы, получившие название микроэлементозов.
Доза-эффект для произвольного элемента представлена на Слайд 8 из Степкин Лекция 9КГ)
Микроэлементы – это группа химических элементов, которые содержатся в организме человека в очень малых количествах, в пределах 10 -3 -10 -12 % (при этом микроэлементы с содержанием ниже 10 -5 % иногда называют ультрамикроэлементами).
(Слайд 9 из Степкин Лекция 9КГ)
По степени полезности для организма макро-микроэлементы можно разбить на следующие группы:
- Эссенциальные (жизненно-важные) элементы — это все структурные элементы (H, O, N, C; Ca, Cl, F, K, Mg, Na, P, S) + 8 микроэлементов (Cr, Cu, Fe, I, Mn, Mo, Se, Zn) — всего 20 элементов.
- Условно-эссенциальные (жизненно-важные, но вредные в определенных дозах) микроэлементы (Ag, Al, Au, B, Co, Ge, Li, Si, V) – 9 элементов.
- Условно-токсичные микроэлементы, безусловно токсичные и ультрамикроэлементы (As Ba Be Bi Br Cd Ce Cs Dy Er Eu Ga Gd Hf Hg Ho In Ir La Lu Nb Nd Ni Os Pb Pd Pr Pt Rb Re Rh Ru Sb Sc Sm Sn Sr Ta Tb Te Th Ti Tl Tm U W Y Yb Zr) – всего 52 элемента.
(Слайд 10 из Степкин Лекция 9КГ) Микроэлементозы разделяются на:
- природные — они существуют независимо от деятельности человека и наблюдаются, когда в почве и воде не хватает каких-либо элементов;
- техногенные, т.е. вызванные деятельностью человека;
- врожденные и генетические (наследственные).
Пример природного микроэлементоза – это нехватка йода, которая наблюдается на значительной территории нашей страны. Это является одной из ведущих причин эндемического зоба. Техногенные микроэлементозы вызваны деятельностью человека. Это также профессиональные микроэлементозы, например, у металлургов, шахтеров. К генетическим микроэлементозам, например, относится энтеропатический аквадерматит. Это заболевание, при котором плохо усваивается цинк и возникает нарушение деятельности иммунной системы и кожи. К врожденным микроэлементозам относятся те, которые возникают в утробе матери. Беременная женщина, страдающая заболеваниями зубов, анемией, токсикозом рождает ослабленного ребенка, у которого наблюдаются заболевания иммунной системы, нервной системы, опорно-двигательного аппарата, аллергические проявления. (Слайд 11 из Степкин Лекция 9КГ) Для нормирования содержания химических веществ в почве используется ПДК (мг/кг). Критерием загрязнения почвы химическим веществами является коэффициент концентрации химического вещества: К
, где С – реальная концентрация вещества в почве, мг/кг; ПДК – предельно допустимая концентрация, мг/кг. При оценке суммарного загрязнения несколькими веществами используется показатель суммарного загрязнения (СПЗ): СПЗ = 
, где n – число веществ; i – номер вещества. (Слайд 12 из Степкин Лекция 9КГ) По степени химического загрязнения почвы населенных мест могут быть разделены на следующие категории по уровню загрязнения: чистая, допустимая, умеренно опасная, опасная и чрезвычайно опасная в зависимости от количественных характеристик. Таблица Оценка степени химического загрязнения почвы
| Категории загрязнения | Санитарное число Хлебникова | Суммарный показатель загрязне- ния (Zc) | ||||||
| I класс опасности | II класс опасности | III класс опасности | ||||||
| Органич. соединения | Неорганич. соединения | Органич. соединения | Неорганич. соединения | Органич. соединения | Неорганич. соединения | |||
| Чистая | 0,98 и > | — | от фона до ПДК | от фона до ПДК | от фона до ПДК | от фона до ПДК | от фона до ПДК | от фона до ПДК |
| Допустимая | 0,98 и > | < 16 | от 1 до 2 ПДК | от 2 фоно- вых значе- ний до ПДК | от 1 до 2 ПДК | от 2 фоно- вых значе- ний до ПДК | от 1 до 2 ПДК | от 2 фоно- вых значе- ний до ПДК |
| Умеренно опасная | 0,85 — 0,98 | 16 — 32 | от 2 до 5 ПДК | от ПДК до Kmax | ||||
| Опасная | 0,7 — 0,85 | 32 — 128 | от 2 до 5 ПДК | от ПДК до Kmax | от 2 до 5 ПДК | от ПДК до Kmax | > 5 ПДК | > Kmax |
| Чрезвычайно опасная | < 0,7 | > 128 | > 5 ПДК | > Kmax | > 5 ПДК | > Kmax | ||
(Слайд 13 из Степкин Лекция 9КГ) Как уже было отмечено, в основе нормирования экзогенных химических веществ в почве лежит показатель ПДК (мг вещества/ в кг почвы). Схема гигиенического нормирования химических веществ в почве значительно отличается от таковых схем нормирования вредных веществ в воде водоемов, атмосферном воздухе и пищевых продуктах. Это отличие обусловлено тем, что в организм человека вредное вещество из почвы поступает при прямом контакте с почвой лишь в отдельных случаях (с почвенной пылью при ручных работах, таких как прополка, карьерных и шахтных работах, во время игры детей в песочницах и т. д.). Основное же поступление экзогенных химических веществ из почвы в организм человека происходит через воду, воздух и растения по таким экологическим цепям миграции, как почва-растения-человек, почва-растения-животные-человек, почва-вода-человек, почва-атмосферный воздух-человек. Это обуславливает опосредованное неблагоприятное воздействие на здоровье человека загрязнённой почвы. Поэтому, при нормировании химических веществ в почве следует исходить не только из того, какую опасность представляет почва при непосредственном поступлении ее е организм, но какую опасность несет для здоровья людей опосредованное загрязнение через почву поверхностных и подземных вод, атмосферного воздуха, продукции растениеводства. Нормативы распространяются на почвы населенных пунктов, сельскохозяйственных угодий, зон санитарной охраны источников водоснабжения, территории курортных зон и отдельных учреждений. При определении списка приоритетных показателей для контроля качества почв в первую очередь исходят из специфики назначения ее использования, т.е. какого вида земли: сельскохозяйственного назначения, места захоронения отходов, зоны влияния промышленных предприятий. Исходя из состава отходов, а также учитывая такие показатели как токсичность веществ и устойчивость в почве, уровень миграции, а в случае сельскохозяйственного использования земель степень влияния на пищевую ценность сельскохозяйственной продукции.
Источник
2. Природные и техногенные биогеохимические провинции
Резкий дефицит или избыток элементов в среде приводит к заболеваниям растений, животных и человека. Такие болезни А.П. Виноградов назвал биогеохимическими эндемиями, а районы их распространения – биогеохимическими провинциями. Биогеохимические эндемии чаще всего возникают от избытка или недостатка микроэлементов. Микроэлементы – это элементы, содержание которых в почвах, водах, растениях не превышает обычно 10 -3 – 10 -4 %, это могут быть и катионы, и анионы, металлы и неметаллы. Зачастую к ним относится и группа элементов, получивших название тяжелых металлов (ТМ). ТМ называют те эдементы, которые имеют атомную массу выше 50 единиц.
Неоднородность биосферы в наибольшей степени проявляется именно по содержанию ТМ. По мнению В.В. Ковальского, для исследования гетерогенности биосферы требуется изучение больших областей Земли, целых материков, где можно было бы наблюдать реакции организмов. Например, по данным В.В. Ковальского, в почвообразующих породах содержание меди различается в 34-68 раз, цинка – в 25-17 раз, кобальта – в 2000 раз, марганца – в 20 раз, стронция – в 200 раз, молибдена – в 5 раз.
Природные биогеохимические провинции — районы естественного распространения ХЭ в средах.
Техногенные биогеохимические провинции – загрязненные техногенно, районы вторичного загрязнения ОС (вторичные ореолы распространения элементов).
При среднем содержании меди в почвах, равном 2,5 × 10 -3 %, ее уровень в различных почвах колеблется в 1500 раз, а если принимать во внимание почвы, подверженные техногенному загрязнению, то в несколько тысячи раз. Содержание цинка может меняться в почвах в 1000 раз.
В нашей стране воды поверхностные пресные по содержанию кобальта различаются в 3000 раз, меди – в 40 раз, стронция – в 100 раз, цинка – 220 раз.
Как считал В.В. Ковальский, эти примеры свидетельствуют о геохимической неоднородности, мозаичности биосферы.
Отсюда возникает необходимость биогеохимического районирования биосферы. В.В. Ковальский предложил выделять следующие биосферные таксоны: регионы, субрегионы, биогеохимические провинции.
Таксоны 1-го порядка – регионы биосферы, имеют по протяженности признаки почвенно-климатических зон или их сочетаний, они учитывают особенности биогеохимической пищевой цепи элементов питания, преобладающие реакции организмов на естественный химический состав среды или его техногенное изменение.
Таксоны 2-го порядка – субрегионы биосферы. Это разделение регионов на части, характеризующиеся географической непрерывностью, но биогеохимически они могут быть неоднородны.
Таксоны 3-го порядка – биохимические провинции – это части субрегионов, отличающиеся определенными биогеохимическими, биохимическими, а иногда и морфологическими особенностями организмов. Термин «биогеохимическая провинция» был введен в науку в 1938 г. А.П. Виноградовым.
Биогеохимическая провинция – это область на поверхности Земли, отличающаяся содержанием ХЭ в почвах, водах и других средах.
Причем, содержание этих элементов может быть выше или ниже биологического оптимума.
В настоящее время, когда природные и техногенные потоки веществ образуют единый техно-биогеохимический поток, многие ученые объединяют биогеохимические, техногенные и геохимические аномалии в техно-биогеохимические провинции.
1. Биогеохимические провинции с пониженным содержанием отдельных элементов связаны с особенностями состава почвообразующих пород или интенсивным проявлением элювиального процесса.
2. Биогеохимические провинции с повышенным содержанием элементов формируются в расположении рудных месторождений, в районах аккумулятивных ландшафтов. Повышенные концентрации могут быть обусловлены выбросами крупных промышленных предприятий и загрязняющим влиянием мегаполисов
Источник