Основи біогеохімії

Найбільш яскраво залежність організму від біогеохімічних умов проявляється у вигляді ендемічних захворювань, викликаних  нестачею,  надлишком  або  незбалансованістю  мікроелементів  в  різних  ланцюгах  трофічних  ланцюгів.  Ці елементи  входять  необхідною  складовою  частиною  в  гормони,  вітаміни,  ферменти  і  інші  акцесорні  речовини,  які відповідають за регуляцію функцій.

Дані  про  відмінності  у  відношенні  показників  білкового  і  ліпідного  обміну  свідчать  про  тенденцію  до  зниження холестерину і збільшенню глобулінів в напрямку з півночі на південь. Природа цих змін, вочевидь, багатофакторна. В тому числі, у відношенні ліпідних фракцій, одна з ведучих ролей може належати температурі. Однак, більш інтегральною характеристикою географічного регіону є його біогеохімічна організованість, пов'язана з міграцією хімічних елементів по біогеохімічним ланцюгам травлення.

Відомо, наприклад, що при рівному надходженні Купруму в організм виявляється більш висока його концентрація в тканинах новонароджених тварин, а всмоктуванню Купруму сприяє Кальцій, який в раціоні дітей представлений в значній мірі.

Біогеохімія природних середовищ і здоров'я людини

В доповнення  до  антропогенних  джерел  забруднення  ґрунтових  вод  існують  і  природні  геохімічні  і  біогеохімічні фактори, які визначають надлишковий або дефіцитний вміст різних елементів в природних водах. Відомо,  що хімічний склад підземних і поверхневих вод в більшості визначає взаємодію між різними геологічними  породами,  і це породжує багаточисельні приклади кореляції між гідрогеохімією і здоров'ям людини, особливо в регіональному аспекті. Концентрації багатьох мобільних елементів в природних водах часто перевищують  рекомендовані  гранично допустимі  величини  для питного водопостачання.

В ряді регіонів ці проблеми різко загострені через будівництво колодязів і артезіанських свердловин, що привело до зміни окисно-відновного потенціалу в гідрогеологічних горизонтах і ґрунтових водах. В знаній мірі це відноситься до таких елементів як As, Cr, Fe, Mn, Sb, Al або F .

Життєво-важливі і нежиттєво-важливі елементи в питних водах

Більшість природних вод містять в своєму складі практично всі елементи, хоча більшість з них в таких кількостях, які не можна  виявити навіть сучасними аналітичними методами (рис. 2.21).

 

Рис. 2.21. Макро- і мікроелементи в підземних водах (при рН = 7) і їх значимість для здоров'я людини.  Виділені елементи є життєво-важливими для людини

 

Дев'ять основних хімічних сполук (HCO3-, Na+, Ca2+, SO42-, Cl-, NO3-, Mg2+, K+ і Si4+) складають  близько 99 % всіх водорозчинних  солей  в природних водах. Наявність  мікро-  і слідових  елементів,  які  разом  складають  менш  1  %  від загальної маси цих солей, може суттєво змінюватись в залежності від геохімічних умов. Зменшення величини рН на одну одиницю може привести до збільшення концентрації певних  металів, наприклад, Pb, на порядок і навіть більше.

 

Розглянемо рисунок  2.21,  на  якому  показані  елементи,  життєво-важливі  для  здоров'я  людини  і метаболізму  його організму, та елементи, які вважаються шкідливими, особливо в концентраціях вище встановлених ГДК. Сучасні величини ГДК показані в таблиці 2.32.

 

Таблиця 2.32

 

Величини граничних концентрацій хімічних елементів в питних водах

 

Елемент Росія Канада ВОЗ

Станум (Sb) 0,005

Арсен (As) 0,05 0,025 0,01

Барій (Ва) 0,7

Берилій (Ве) 0,001

Бор (В) 0,3

Кадмій (Cd) 0,05 0,005 0,003

Хром (Cr) 0,001 0,05 0,05

Купрум (Cu) 0,001 1 2

Флуор (F) 1,5

Плюмбум

(Pb)0,010,010,01

Манган (Mn) 0,5

Меркурій

(Hg)0,0010,0010,001

Молібден

(Мо)0,07

Ніколь (Ni) 0,01 0,02

Нітрат

(NO3-)5050

Селен (Se) 0,0016 0,01 0,01

Цинк (Zn) 5 5 3

Алюміній

(АІ)0,2

Для  деяких  елементів  –  Be  та  U,  до  теперішнього  часу  відсутні  міжнародні   стандарти.   Деякі  необхідні  для життєдіяльності елементи (F, Se) можуть викликати шкідливий вплив як при надлишкових, так і дефіцитних концентраціях.

 

Гранично допустимі концентрації встановлені також для ряду інших сполук, які не можуть бути названі шкідливими, але які можуть викликати певні шкідливі ефекти при високих концентраціях (табл. 2.33).

 

Таблиця 2.33

Гранично допустимі концентрації типоморфних сполук в питних природних водах

Елемент/сполука Росія Канада ВОЗ

Амоній (NH4+)0,50,50,5

Кальцій (Са2+)100

Хлор (СІ-)350250250

Сільфід (H2S)0,05

Ферум (Fe) 0,3 0,3 0,3

Магній (Mg2+)30

Калій (К+)1212

Натрій (Na+)200

Сульфат (SO42-)500500250

 

Вплив на здоров'я людини природних геохімічних факторів

 

Склад грунтів, поверхневих і ґрунтових вод тісно пов'язаний з регіональними геологічними породами. Хімічні реакції між просочуваними дощовими і талими сніговими водами, протягом днів або місяців суттєво впливають на гідрохімічний склад грунтових вод. Як  самі  хімічні  реакції,  так  і їх  швидкості  в  значній  мірі  визначаються  також  і фізіологічними факторами, такими як швидкість інфільтрації води в залежності від гранулометричного складу порід (рихлі або щільні), розміщенням водоносних горизонтів і їх порушеності.

Швидкість реакцій в значній мірі