<<
>>

ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ МИГРАЦИИ И КОНЦЕНТРАЦИИ РТУТИ И ЕЕ СОЕДИНЕНИЙ В БИОСФЕРЕ

Ртуть относится к группе «малых» элементов и в природных условиях в земной коре встречается в незначительном количестве, преимущественно в рассеянном виде. По геохимической классификации относится к халькогенным элементам.

Последние (в их числе сурьма, кадмий, свинец, серебро и мышьяк) концентрируются в сульфидных рудах с коэффициентом обогащения в пределах 1000—4000. В природе ртуть преимущественно находится в различных горных породах, в почве, в растениях и т.д. В месторождениях, где ртуть обнаруживается большей частью в виде HgS, находится всего около 0,02 % всех соединений ртути. Специальными расчетами геохимиков показано, что в 1 км3 земной коры содержится 215,6 т ртути, что для поверхностного слоя всей земной коры мощностью в 1 км составляет 10е т. Ртуть обнаружена в основных и кислых изверженных породах, сравнительно высокое содержание ее в осадочных породах отмечено для сланцев.

Схема циркуляции ртути в окружающей среде приведена на рис. 2. Наиболее важным в гигиеническом отношении является наличие паров ртути в атмосферном воздухе, для чего предложено различать ряд пределов концентраций ртути (табл. 1). В настоящее время различают природные и техногенные источники ртутных паров. Природные подразделяют на глобальные, региональные и локальные источники, которые могут быть как эндогенными, так и экзогенными.

Глобальными эндогенными источниками ртути в атмосфере являются, по-видимому, верхняя мантия и вся толща земной коры. Из рассеянных в них различных соединений ртути (киновари, каломели, сулемы и многих других) происходит медленное выделение ее паров. Такая «дегазация» мантии и земной коры — постоянный геологический фактор, действующий в течение около 5 млрд, лет,— в определенной мере уравновешивается процессами вымывания ртути из атмосферы с переходом ее в твердую и жидкую сферы Земли.

Рис. 2. Схема циркуляции ртути и ее соединений в окружающей среде


Глобальные экзогенные источники ртути — это горные породы, Мировой океан, подземные и все виды поверхностных вод, биосфера в целом. В силу большой рассеянности ртути во внешней среде и относительно однородного распределения ее в горных породах и почвах колебания глобального фона в целом незначительны (от одного до нескольких нанограммов на кубический метр).

Над ртутными и ртутьсодержащими месторождениями, вулканами, термальными источниками, нефтегазовыми и угольными бассейнами отмечаются значительно более высокие концентрации паров ртути, чем фоновые.

Таблица 1. Примерные пределы концентраций ртути в воздухе по геохимическим и санитарно-гигиеническим признакам (по М. А. Карасику, 1978)



В меньшей степени это относится к месторождениям химического и металлургического сырья.

Что касается конкретных источников паров ртути, их поступление в атмосферу происходит в результате непосредственного соприкосновения самородной жидкой ртути с атмосферным воздухом. А. А. Сауков с сотрудниками [113] отмечают, что в месторождениях киновари не удается обнаружить самородную металлическую ртуть не потому, что она там не образуется, а в связи с тем, что скорость ее испарения превышает скорость ее образования. В атмосферу ртуть поступает также при извержении вулканов, так как магма всегда содержит некоторое количество ртути. Как известно, вспышки вулканической активности могут весьма существенно изменить геохимические характеристики, поскольку они сопровождаются внезапным поступлением в биосферу целого ряда химических элементов. Для органического мира эти вспышки могут иметь как положительные, так и отрицательные последствия. Известный вулканолог Г. Тазиев справедливо писал о том, что если только позволяет климат, край, где много вулканов, легко может стать раем для земледельцев. Но в этот рай время от времени вторгаются силы ада. К их числу он относит и те вредные токсичные соединения, которые могут выделяться в окружающую среду с выбросами вулканических извержений. Наличие ртути в атмосфере связано и с выделением ее из горячих источников ювенильного происхождения, и из газовых струй, выбивающихся на повеохность земли.

Наличие ртути в снеге и дождевой воде является одним из наиболее веских доказательств в пользу постоянного присутствия ртути в атмосфере. Содержание ртути в пробах дождевой воды, поданным работы [143], составляет 16,7 нг/г, в пробах снега — 13 нг/г. При анализе данных о содержании ртути в объектах окружающей среды при отсутствии дополнительного поступления из антропогенных источников необходимо учитывать регион отбора проб, чувствительность методик, объем проб и условия их «формования» (длительность формования снежного покрова, временную зависимость содержания ртути в пробах дождевой воды — первые порции дождя содержат намного больше ртути, чем последующие).

Изучение распределения ртути в атмосфере по горизонтальным и вертикальным профилям над разными районами СССР показало, что в северных широтах массовая доля ртути несколько выше. С высотой содержание ртути уменьшается, в частности, в столбе воздуха от О до 5 км в 2 раза [59].

В. 3. Фуров [134] на основании проводимых в течение 16 лет измерений содержания паров ртути в приземной атмосфере (2,0—2,7 м) различных регионов страны (вне природных и техногенных аіюмалий) определил средний фоновый уровень ртути, равный 2,01 ± 0,01 нг/м3, и выявил граничные значения: минимальное — 1,55 =+: 0,08 (Северный Казахстан) и максимальное — 2,99 —

0,10 (Крым). Автор прогнозирует рост фонового уровня ртути к 2000 году до 2,8 нг/м3 за счет естественных и антропогенных факторов. Среди антропогенных факторов он выделяет прямые и косвенные. Косвенные факторы более опасны, поскольку они завуалированы и менее понятны: общее загрязнение атмосферы и земной поверхности, сопровождающееся повышением температуры, расширением ассортимента и концентрации загрязняющих веществ, кислотными дождями и так далее, приводит к усиленному поступлению ртути в окружающую среду и ускоренному включению ее в миграцию.

Для химических элементов, в том числе для ртути, существует свой определенный средний уровень содержания в атмосферном воздухе, воде, почве, горных породах. Вместе с тем горные породы отличаются наиболее значительным геохимическим разнообразием, тенденцией к изменчивости. Именно здесь наблюдаются существенное вчиянче на породы выветривания и денудации, близость магматических очагов, микроклиматические различия, связанные с высотными контрастами, и т. д. Встречаются территории, отличающиеся избыточным или недостаточным содержанием тех или иных элементов в среде. Это геохимические аномалии — биогеохимиче- ские провинции, которые так или иначе воздействуют на растения, животных и человека. Известны ртутные био- геохимические провинции. Следует отметить, что наличие диффузионного распространения ртути в земной коре и содержание ее в горных породах имеют несомненное гигиеническое значение. В этом отношении показательно наличие паров ртути в воздухе спектральных ла- боратопий, где проводится лабораторный анализ горных пород и минералов, в концентрациях, превышающих ПДКр. з(0,01 мг/м3) в 1,5—2 раза и более.

Аналогичные данные были получены и в воздухе одной из лабораторий геологического профиля на рабочем месте у спектрографа. Подтверждая факт наличия ртути в анализируемых породах, приведенные данные одновременно свидетельствуют о возможности весьма интенсивного загрязнения различных минералогических лабораторий ртутью, содержащейся в породах.

В целом температура ртутьсодержащих руд и вмещающих пород на глубине их залегания (50—70 СС и выше) достаточна для постоянной возгонки ртути, сочетающейся с другими процессами ее образования и выделения в виде паров. По зонам дробления и трещиноватости пары ртути устремляются вверх в направлении уменьшения давления. Землетрясения и производственная деятельность человека (строительство шахт, штолен, буровые работы, подземные взрывы и т. д.) обусловливают усиление поступления ртуги в атмосферу.

На пути от подземных источников к поверхности земли пары ртути встречаются со своеобразным геохимическим барьером — почвой. Здесь они насыщают почвенный воздух и сорбируются рыхлыми отложениями. Содержание ртути в почвенном воздухе отличается большей стабильностью, меньшей подверженностью влиянию геолого-ландшафтных и метеорологических условий, чем в атмосферном воздухе. Это используется при поиске ртутьсодержащих полезных ископаемых.

Постоянное наличие ртути в атмосферном воздухе в значительной мере объясняется тем, что к указанным выше естественным источникам поступления ртути в воздух прибавляется ртуть, выделяющаяся при сжигании большого количества угля и торфа, жидкого топлива и газа. Так, в разных сортах угля на территории США содержится от 0,012 до 33,0 мг/кг ртути. Среднее значение близко к 1,0 мг/кг. В золе остается 10 % ртути, в то время как остальная переходит в парообразное состояние. Соответствующие расчеты показывают, что современная электростанция мощностью 700 МВт, работающая на угле, выбрасывает в атмосферу через дымовые трубы 2,5 кг ртути ежесуточно. Источником выброса ртутных паров в атмосферу является и цементное производство. Рассеянная в осадочных породах ртуть выделяется в атмосферу в связи с тем, что обжигание известняка и глинистых сланцев происходит при весьма высокой температуре — до 1500 °С. Выделяются ртутные пары в атмосферный воздух и при переработке полиметаллических руд — при Еыплавке из них свинца, цинка и меди. Определенное количество ртути попадает в воздух и из легко бьющихся стеклянных приборов с ртутным заполнением — термометров, газоразрядных ламп, разнообразных промышленных и лабораторных установок и т. д. По данным, опубликованным в США, только из разбитых медицинских термометров в окружающую среду ежегодно поступает 60 т ртути.

Несмотря на постоянное поступление паров ртути, атмосферный воздух в целом все же продолжает сохранять определенный фон, средний уровень массовой доли ртути до 0,00002 мг/м3. Это объясняется прежде всего наличием обратных процессов, в результате которых ртуть переводится из парообразной фазы в твердую и таким образом удаляется из атмосферы. Для гигиенистов сущность таких процессов представляет определенный интерес, так как они в значительной мере определяют содержание ртути в таких объектах окружающей среды, как почва, вода и растения. К указанным выше процессам относятся, в частности, растворение ртути в воде гидросферы, в дождевой воде, сорбция ртутных паров высокоднсперсными системами, особенно почвами, ит. д.

Переход в гидросферу определяется прежде всего растворимостью соединений ртути. Так, анализ содержания ртути в последовательно отбираемых пробах дождевой воды показал, что массовая доля растворенной формы ртути уменьшалась со временем и в четвертой и последующих порциях устанавливалась почти на постоянном уровне, который был в 3—4 раза ниже исходного. При этом содержание газообразной ртути в атмосфере снижалось всего на 20 %. Это связано с тем, что содержащиеся в виде пара хорошо растворимые HgCl2 и CH3HgCl удаляются из атмосферы первыми порциями дождя. Поскольку их количество составляет всего 10—20 % общего количества газообразной ртути в воздухе, то вымывание из воздуха этих соединений не сопровождается существенным снижением концентрации ртути в атмосфере. В атмосфере определяются такие органические соединения ртути, как метилртуть CH3HgH, обнаруживаемая в выхлопных газах автотранспорта, метилхлорид ртути CH3HgCl и диметилртуть CH3HgCH3 [172]. Последние два компонента присутствуют в воздухе в концентрациях порядка 0,004—0,04 нг/м3 [56].

Для миграции ртути во внешней среде важен факт снижения содержания аэрозольной формы ртути по мере «старения» воздушного шлейфа, образующегося, в частности, при сжигании угля. Последнее может быть обусловлено как десорбцией ртути с поверхности аэрозолей, так и преимущественным (преобладающим) удалением ртути в аэрозольной форме (осаждение, вымывание) по сравнению с удалением паров. Доминирование парообразной формы ртути во всех выбросах и тенденция к нарастанию ее удельного веса ведет к тому, что ртуть переносится воздушными течениями на очень большие расстояния.

В то же время нарастание концентраций окислителей в атмосфере (в первую очередь озона) способствует переводу Hg (0) в Hg (II), т. е. увеличению количества растворимой в воде формы ртути. Благодаря очень низкой константе распределения между воздухом и водой соединений ртути (II) по сравнению с элементарной ртутью водная фаза атмосферы является природным уловителем окисленной ртути. Так как производные ртути (II) быстро осаждаются из атмосферы влагой воздуха, окисление Hg (0) в Hg (II) интенсифицирует перенос ртути в водную фазу [169].

Анализ сорбции ртутных паров, совершающийся в естественных условиях, представляет для гигиенистов существенный практический интерес и с точки зрения выявления наиболее активных адсорбентов ртутных паров. Одним из весьма сильных адсорбентов ртути оказался активный оксид марганца (IV). Слой Мп02 толщиной в 5 см при пропускании через него в течение 140 ч 500 л воздуха, насыщенного ртутными парами, полностью адсорбирует ртуть. Исходя из полученных результатов, активный оксид марганца (IV) был рекомендован в качестве специфического адсорбента ртутных паров. Это предложение получило широкое признание, и сухой пиролюзитный способ очистки газов от паров ртути до настоящего времени применяют в промышленности. Кроме того, были изучены возможность и степень адсорбции ртути рядом других веществ — активным глиноземом, животным углем, гопкалитом, оксидом кобальта и т. д. Было показано, что природный Мп02 также является достаточно активным адсорбентом ртутных ларов, хотя и в меньшей мере, чем актовый оксид марганца (IV).

Таким образом, адсорбция ртутных паров в естественных условиях является одним из факторов обеспечения существующего в природе состояния подвижного равновесия между ртутью атмосферы, с одной стороны, и ртутью, содержащейся в литосфере, с другой. Аналогичное состояние относительно устойчивого равновесия наблюдается между атмосферной ртутью и ртутью, содержащейся в гидросфере. И здесь важное место принадлежит сорбции ртути из растворов некоторыми высокодисперсными коллоидными системами (глинистыми осадками, железными и марганцевыми рудами и т. д.) . В то же время возможен противоположный по направленности процесс. Переход загрязняющих веществ из природных водных объектов в атмосферу — важный процесс, учитываемый при их миграции в окружающей среде. В целом скорость испарения снижается с переходом к соединениям с относительно низким давлением паров и высокой молекулярной массой. Показателем скорости испарения веществ из водной среды может служить отношение константы скорости испарения вещества к константе скорости реаэрации кислорода. Экспериментально установлено, что для ртути (раствор, содержащий свободно растворенную ртуть, получен восстановлением HgCl2 из водного раствора известной концентрации гидратом гидразина) это отношение составляет 0,94, что превышает аналогичное отношение для бензола (0,6) и тет- рахлорэтилена (0,58). По большинству разработанных формул время полусуществования ртути в морской воде колеблется в пределах 2,2—3,3 ч, что меньше, чем для ароматических и алкановых углеводородов [193].

На «поведении» ртути в окружающей среде существенно сказывается как концентрация водородных ионов (pH среды), так и окислительно-восстановительный потенциал (ре) среды. Между этими показателями можно провести аналогию: как pH отражает активность протона, так ре отражает активность электрона. С учетом низкой растворимости сульфида ртути и возможности образования его при нормальных условиях можно было бы заключить, что ртуть в окружающей среде не должна быть «легкодоступной» для химических превращений. Однако для образования сульфида при обычных значениях pH необходима сильновосстановительная среда (низкие значения ре). При высоких значениях ре ртуть обычно существует в элементарной форме. Массовая доля насыщенного раствора элементарной ртути в воде составляет 56 мкг/л, что соответствует насыщающей массовой доле паров ртути 12 мг/м3 и определяет испарение ртути из водных растворов. Восстановительная среда необходима и для жизнедеятельности микроорганизмов, ответственных за реакции метилирования ртути по схеме: Hg2+-vCH3 — Hg+-vCH3—Hg—СН3. При этом СН3—Hg+ образуется при значениях рг, достаточных для роста организмов, участвующих в метилировании, но недостаточных для образования сульфида ртути. Именно поэтому трансформация ртути в окружающей среде идет с преимущественным образованием метилртути. Скорость образования диме- тилртути в несколько тысяч раз ниже скорости синтеза метилртути. Дальнейшая судьба метилпроизводных ртути различна: диметилртуть как летучее вещество испаряется из воды (особенно при pH > 7), метил- ртуть включается в биоценоз, (особенно при pH

<< | >>
Источник: Коллектив авторов. Ртуть и ее соединения в окружающей среде (гигиенические и экологические аспекты) / И. М. Трахтенберг, М. Н. Коршун; Под общ. ред. И. М. Трахтенберга.— К. : Выща шк.,1990.— 232 с.. 1990
Помощь с написанием учебных работ

Еще по теме ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ МИГРАЦИИ И КОНЦЕНТРАЦИИ РТУТИ И ЕЕ СОЕДИНЕНИЙ В БИОСФЕРЕ:

  1. 26.4. Отравление препаратами ртути
  2. Глава 2. ПРОСТЕЙШИЕ БИФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПРИРОДНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ - МОСТИК К МАССИВУ ПРИРОДНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
  3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МИНИМАЛЬНОЙ БАКТЕРИЦИДНОЙ концентрации
  4. Зачем нужна концентрация?
  5. Растворы, изготавливаемые в концентрации по массе
  6. И. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МИНИМАЛЬНОЙ ПОДАВЛЯЮЩЕЙ КОНЦЕНТРАЦИИ В ЖИДКОЙ СРЕДЕ
  7. Растворы, изготавливаемые в объемной и массообъемной концентрациях
  8. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МИНИМАЛЬНОЙ ПОДАВЛЯЮЩЕЙ КОНЦЕНТРАЦИИ НА ПЛОТНОЙ СРЕДЕ
  9. Технологический процесс подготовки пациента к исследованиям, взятия, сбора и транспортировки биоматериала в лабораторию; этот процесс состоит из следующих операций
  10. Технологический процесс приема и обработки материала, доставленного в лабораторию, и подготовка его к исследованиям; этот процесс состоит из следующих операций
  11. Медико-биологические средства оптимизации процессов восстановления и повышения спортивной работоспособности Объем и интенсивность применения восстановительных средств в зависимости от структуры учебнотренировочного процесса (С.Н. Португалов, 2002) (Рис. 15.1)
  12. ФЕНОЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
  13. РАЗМЫШЛЕНИЯ И КОНЦЕНТРАЦИЯ Каков бы ни был предмет ваших размышлений, вам воздается сторицей.
  14. Глава 8. ФЕНОЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
  15. Технологический процесс оценки результатов лабораторных исследований, эффективного использования их в лечебно-диагностическом процессе и оценки влияния результатов анализов на улучшение качества оказания медицинской помощи пациентам, который состоит из следующих операций
  16. Классификация природных соединений
  17. Предмет химии природных соединений
  18. Соединения угольной кислоты
  19. Биосинтез фенольных соединений