Характеристика естественных и искусственных биогеохимических провинций.

Естественные биогеохимические провинции  – это  территории с повышенным или пониженным  содержанием активных микроэлементов, таких как фтор,  йод, стронций и др., что приводит к развитию заболеваний  природно-очагового характера, получившие название  эндемичных. Такие биогеохимические аномалии возникли  в процессе исторического формирования земной коры под  действием различных экстремальных природных явлений,  катаклизмов: вспышки на Солнце, вулканическая  деятельность, землетрясения, активная циклоническая и  антициклоническая деятельность и др.  Наиболее часто встречающиеся  заболевания: эндемический зоб (нехватка  йода), кариес (дефицит фтора), флюороз  (избыток фтора), стронциевый рахит  (избыток стронция).  Недостаток йода  Эндемический зоб – заболевание, возникающее при  недостаточном поступлении йода в организм и  характеризующееся компенсаторным увеличением  щитовидной железы. Увеличение щитовидной железы  может дать: осиплость голоса, сухой кашель, приступы  удушья, дисфагические явления.  При появлении гипотиреоза происходит:  • Снижение основного обмена веществ  увеличение  массы тела  • Нарушение водно-солевого обмена  отеки  • Нарушения минерального обмена  остеопороз  • Нарушение обмена белка  задержка  роста, развития, образования антител,  снижение устойчивости организма к  различным факторам  • Снижение возбудимости нервных окончаний  вялость, слабость, снижение памяти и интеллекта  • Ухудшение всасывания железа в пищеварительном  тракте  анемия  • Дискоординация синтеза половых гормонов ,  нарушение менструального цикла, бесплодие, ухудшение  течения беременности, мертворождение  • Нарушение развития головного мозга при  внутриутробном развитии  кретинизм (отставание  психического и физического развития, глухонемота)  Профилактика:  Йодирование соли (на 1т соли 25г йодида  калия)  Препараты йода: йодомарин, калия йодид.  Употребление морепродуктов: морская  капуста, морская рыба, креветки и др.  Недостаток фтора  Приводит к развитию кариеса.  Последствия:  • Потеря зубов, нарушение пережевывания пищи и  пищеварения  хронические заболевания ЖКТ  • Причина воспалительных заболеваний  челюстно - лицевой и шейной областей  • Вероятный источник ангины, ревматизма,  заболеваний почек, сердечно-сосудистой системы и  др.  Профилактика:  Фторирование воды  Фторсодержащие таблетки  Использование паст с фтором  Местная флюоризация зубов  Фторирование чая, молока, хлеба.  Избыток фтора  Приводит к развитию флюороза (пятнистая эмаль зубов),  для которого характерны следующие признаки:  Потеря зубов  Ревматические боли  Чувство скованности, «свинцовая» тяжесть в  конечностях  Повышение хрупкости костей и деформация  всего скелета  Профилактика: дефторирование воды.  Избыток стронция  Уровская болезнь (стронциевый рахит, болезнь Кашина  Бека) - эндемическая остеопатия, поражающая преимущественно детей 6-13 лет (пик – 8лет). Этиология и механизм  развития болезни до конца не изучены.  Проявления:  • Ограничение подвижности и боль в суставах (первыми  поражаются межфаланговые, затем локтевые,  лучезапястные и голеностопные)  • Утолщение суставных концов  • Хруст суставов, изъязвление хрящей  • Ограничение роста и деформации костей,  усиливающаяся с возрастом.  Профилактика:  • Восполнение дефицита кальция, витамина Д  • Нормализация содержания микроэлементов  • Переезд в другую местность  Искусственные биогеохимические провинции это эндемические районы, которые появились в связи с  высоким уровнем промышленных выбросов сточных вод и  твердых отходов, использованием разнообразных  пестицидов, минеральных удобрений, стимуляторов роста  растений. Характеризуются высоким уровнем  заболеваемости, врожденных уродств и аномалий  развития, нарушением физического и психического  развития, деградацией элементов окружающей среды и  самоочищающей способности почв. Отравления носят как  хронический, так и острый характер.  Вокруг промышленных предприятий могут формироваться  искусственные биогеохимические провинции с повышенным  содержанием фтора, мышьяка, свинца, кадмия и других  элементов.  Загрязнение фтором почвы за счет промышленных выбросов  привело к возникновению некроза листьев у виноградных и  абрикосовых деревьев (Швейцария, долина Ронн),  накоплению фтора в растениях, которые употребляют в пищу  животные и люди, что приводит к развитию флюороза.  Отмечается неблагоприятное действие на систему  кроветворения у детей, нарушение фосфорно – кальциевого  обмена, возникновение болезней печени и почек, возможны  острые гастриты.  Вокруг аэропортов, вдоль коридоров движения  самолетов, вблизи ТЭЦ, вблизи автомагистралей, а также  после лесных пожаров могут сформироваться  искусственные провинции с повышенным содержанием  канцерогенных веществ. Это в свою очередь повышает  бластомогенную активность почвы, увеличивает частоту  злокачественных новообразований у населения, повышает  риск рождения детей с врожденными пороками развития и  уродствами.  Профилактика  • Технологические мероприятия (внедрение новых технологий на промышленных предприятиях)  • Санитарно – технические мероприятия (наличие очистных  сооружений на промышленных предприятиях)  • Планировочные мероприятия (правильное размещение  жилой и промышленной зоны, создание санитарнозащитных зон)  • Законодательные мероприятия (разработка гигиенических  регламентов загрязняющих химических веществ для  объектов окружающей среды и контроль за их содержанием)  • Планомерное внесение ядохимикатов и удобрений в почву  при сельскохозяйственных работах. 

Миграция и круговорот микроэлементов в биосфере.

Круговорот фосфора

Фосфор – один из наиболее важных биогенных элементов. Он входит в состав нуклеиновых кислот, фосфолипидов клеточных мембран, АТФ[*], ферментов, костной ткани, дентина. Основные звенья круговорота фосфора:

1) в биотический круговорот фосфор поступает в процессе разложения организмов и постепенно переходит в фосфаты. Основной путь круговорота – превращение нерастворимых солей фосфорной кислоты (H3PO4) в растворимые;

2) большая часть фосфора быстро и прочно связывается с металлами почвы, особенно с Fe и Al;

3) бактерии и особенно микоризообразующие грибы способны растворять фосфаты своими органическими кислотами. Живя в симбиозе с растениями, они делают фосфаты съедобными для них;

4) биосферный фосфор медленно вымывается с континентов в океан. Механизмы возвращения фосфора в круговорот в природе недостаточно эффективны и не возмещают его потерь. Вынос фосфатов на сушу осуществляется в основном с рыбой (около 60 тыс. т. в год). Морские птицы также участвуют в возвращении фосфора в круговорот. Однако перенос фосфора и других веществ из моря на сушу птицами сейчас происходит не столь интенсивно, как в прошлом;

5) человек ускоряет перенос континентального фосфора в океан, добывая ежегодно свыше 100 млн. т фосфорсодержащих пород. Большая часть этого фосфора попадает в море с удобрениями и с моющими средствами, в производстве которых он используется. Фосфорные удобрения усваиваются не более чем на 20 – 30 %. В воде, стекающей с городских территорий, в 7 раз больше этого элемента, чем в воде реки, протекающей по местности, занятой лесом. Кроме того, в стоке с освоенных территорий до 80 % фосфора содержится в минеральной форме, т.е. в виде фосфатов, а в стоке с территорий, занятых естественной растительностью, преобладают органические соединения фосфора. Основной вред от смыва фосфора в водоемы – эвтрофикация. В то же время запасы фосфоритов и апатитов на Земле быстро истощаются.

Эвтрофикация (от др.-греч. εὐτροφία — хорошее питание) — насыщение водоёмов биогенными элементами, сопровождающееся ростом биологической продуктивности водных бассейнов. Эвтрофикация может быть результатом как естественного старения водоёма, так и антропогенных воздействий. Основные химические элементы, способствующие эвтрофикации, — фосфор и азот^[1][2][3]. В некоторых случаях используется термин «гипертрофизация».

Эвтрофным водоёмам присущи богатая литоральная и сублиторальная растительность, обильный планктон. Несбалансированная эвтрофикация может приводить к бурному развитию водорослей (цветение воды) и появлению в воде цианобактерий, которые в период цветения выделяют токсины (алкалоиды и низкомолекулярные пептиды), способные вызвать отравление людей и животных, а также приводит к дефициту кислорода, заморам рыб и животных. Этот процесс можно объяснить малым проникновением солнечных лучей вглубь водоёма и, как следствие, отсутствием фотосинтеза у надонных растений, а значит и кислорода.

Углерод в биосфере часто представлен наиболее подвижной формой – C02. Источником является вулканическая деятельность, связанная с вековой дегазацией мантии и нижних слоев земной коры. Миграция C02 в биосфере Земли протекает двумя путями: 1-й путь закладывается в поглощение его в процессе фотосинтеза с образованием органических веществ и последующем захоронении их в литосфере в виде торфа, угля, горных сланцы, рассеянной органики, осадочных горных пород. Так, в далёкие геологические эпохи сотни млн. лет назад значительная часть фотосинтетического органического вещества не использовалась ни консументами, ни редуцентами, а накапливалась и постепенно погребалась под различными минеральными осадками. Находясь в породах млн. лет, этот детрит под действием высоких t и P (процесс метаморфизации) превращался в нефть, природный газ и уголь (в зависимости от исходного материала, продолжительности и условий пребывания в породах). Теперь в ограниченных количествах добывают это ископаемое топливо для обеспечения потребностей в энергии, а сжигая его, в определённом смысле завершают круговорот углерода. По 2-му пути миграция С осуществляется созданием карбонатной системы в различных водоемах, где CO2 переходит в H2CO3, HCO31-, CO32-. Затем с помощью растворенного в воде кальция происходит осаждение карбонатов CaCO3 биогенным и абиогенным путями. Возникают мощные толщи известняков. Наряду с этим большим круговоротом углерода существует еще ряд малых его круговоротов на поверхности суши и в океане. В пределах суши, где существуют растения, CO2 атмосферы поглощается в процессе фотосинтеза в дневное время. В ночное время часть его выделяется растениями во внешнюю среду. С гибелью растений и животных на поверхности происходит окисление органических веществ с образованием CO2. Особое место в современном круговороте веществ занимает массовое сжигание органических веществ и постепенное возрастание содержания CO2 в атмосфере, связанное с ростом промышленного производства и транспорта.

Азот. При гниении органических веществ значительная часть содержащегося в них азота превращается в NH4, который под влиянием живущих в почве трифицирующих бактерий окисляется в азотную кисл-оту. Она вступая в реакцию с находящимся в почве карбонатами (например с СаСО3), образует нитраты: 2HN03 + СаСО3 ? Са(NО3)2 + СО2 + Н20 Некоторая же часть азота всегда выделяется при гниении в свободном виде в атмосферу. Свободный азот выделяется также при горении органических веществ, при сжигание дров, каменного угля, торфа. Кроме того, существуют бактерии, которые при недостаточном доступе воздуха могут отнимать O2 от нитратов, разрушая их с выделением свободного азота. Деятельность этих денитрифицирующих бактерий приводит к тому, что часть азота из доступной для зеленых растений формы (нитраты) пере-ходит в недоступную (свободный азот). Т.о., далеко не весь азот, входивший в состав погибших растений, возвращается обратно в почву; часть его постепенно выделяется в свободном виде. Непрерывная убыль минеральных азотных соединений давно должна была бы привести к полному прекращению жизни на Земле, если бы в природе не существовали процессы возмещения потери азота. К таким процессам относятся прежде всего про¬исходящие в атмосфере электрические разряды, при которых всегда образуется некоторое количество оксидов азота; последние с водой дают азотную кислоту, превращаясь в почве в ни¬траты. Другим источником попадания азотных соединений почвы является жизнедеятельность так называемых азотобактерий, способных усваивать атмосферный азот. Некоторые из этих бак¬терий поселяются на корнях растений из семейства бобовых, вы¬зывая образования характерных вздутий — «клубеньков». Усваи¬вая атмосферный азот, клубеньковые бактерии перерабатывают его в азотные соединения, а растения, в свою очередь, превращают последние в белки и другие сложные вещества. Таким образом, в природе совершается непрерывный круговорот азота. Однако ежегодно с урожаем с полей убираются наиболее богатые белками части растений, например зерно. Поэтому в почву необходимо вносить удобрения, возмещающие убыль в ней важных элементов питания растений.

Кислород. Кислород - наиболее активный газ. В пределах биосферы происходит быстрый обмен кислорода среды с живыми организмами или их остатками после гибели. В составе земной атмосферы кислород занимает второе место после азота. Господствующей формой нахождения кислорода в атмосфере является молекула О2. Круговорот кислорода в биосфере весьма сложен, поскольку он вступает во множество химических соединений минерального и органического миров. Свободный кислород современной земной атмосферы является побочным продуктом процесса фотосинтеза зеленых растений и его общее количество отражает баланс между продуцированием кислорода и процессами окисления и гниения различных веществ. В истории биосферы Земли наступило такое время, когда количество свободного кислорода достигло определенного уровня и оказалось сбалансированным таким образом, что количество выделяемого кислорода стало равным количеству поглощаемого кислорода.