Polusi hidrosfer dengan logam berat. Pencemaran air dengan minyak dan produk minyak bumi Mengatasi masalah pencemaran air dengan logam berat

LOGAM BERAT DALAM PEMANTAUAN EKOLOGI SISTEM AIR

LOGAM BERAT DALAM PEMANTAUAN EKOLOGI SISTEM AIR

H.S.BUDNIKOV

Beberapa aspek pencemaran lingkungan, khususnya pencemaran air permukaan oleh logam berat, dibahas pada tingkat interdisipliner. Terdapat peran ganda biologis logam sebagai komponen kehidupan dan sebagai racun. Pekerjaan analitis diperlukan untuk evaluasi berkala terhadap keadaan lingkungan.

G.K.Budnikov
Universitas Negeri Kazan

Di antara polutan biosfer yang paling diminati oleh berbagai layanan kendali mutu, logam (terutama logam berat, yaitu yang memiliki berat atom lebih dari 40) termasuk yang paling penting. Hal ini sebagian besar disebabkan oleh aktivitas biologis banyak dari mereka. Pengaruh fisiologis logam pada tubuh manusia dan hewan berbeda-beda dan bergantung pada sifat logam, jenis senyawa yang ada di lingkungan alami, serta konsentrasinya. Banyak logam berat menunjukkan sifat pengompleksan yang nyata. Jadi, dalam media berair, ion-ion logam ini terhidrasi dan mampu membentuk berbagai kompleks hidrokso, yang komposisinya bergantung pada keasaman larutan. Jika ada anion atau molekul senyawa organik dalam larutan, maka ion-ion logam tersebut membentuk berbagai kompleks dengan struktur dan stabilitas yang berbeda. Di antara logam berat, ada pula yang sangat diperlukan untuk menunjang kehidupan manusia dan organisme hidup lainnya dan termasuk dalam unsur biogenik. Yang lain menyebabkan efek sebaliknya dan, ketika mereka memasuki organisme hidup, menyebabkan keracunan atau kematian. Logam-logam ini termasuk dalam golongan xenobiotik, yaitu asing bagi makhluk hidup. Spesialis perlindungan lingkungan telah mengidentifikasi kelompok prioritas di antara logam beracun. Ini mengandung kadmium, tembaga, arsenik, nikel, merkuri, timbal, seng dan kromium sebagai yang paling berbahaya bagi kesehatan manusia dan hewan. Dari ketiganya, merkuri, timbal dan kadmium adalah yang paling beracun. Kemungkinan sumber pencemaran biosfer dengan logam berat termasuk perusahaan metalurgi besi dan non-besi (emisi aerosol yang mencemari atmosfer, limbah industri yang mencemari air permukaan), teknik mesin (pelapisan bak pelapisan tembaga, pelapisan nikel, pelapisan krom, pelapisan kadmium), pabrik pengolahan baterai, dan transportasi mobil.

Selain sumber pencemaran lingkungan antropogenik dengan logam berat, terdapat sumber alam lainnya, seperti letusan gunung berapi: kadmium ditemukan relatif baru dalam produk letusan Gunung Etna di pulau Sisilia di Laut Mediterania. Peningkatan konsentrasi logam beracun di permukaan air beberapa danau mungkin disebabkan oleh hujan asam, yang menyebabkan larutnya mineral dan batuan yang terbawa oleh danau tersebut. Semua sumber pencemaran tersebut menyebabkan peningkatan kandungan pencemar logam di biosfer atau komponennya (udara, air, tanah, organisme hidup) dibandingkan dengan tingkat latar belakang alami. Meskipun, sebagaimana disebutkan di atas, masuknya logam beracun juga dapat terjadi melalui transfer aerosol, logam tersebut terutama menembus organisme hidup melalui air. Begitu berada di dalam tubuh, logam beracun seringkali tidak mengalami transformasi yang signifikan, seperti yang terjadi pada racun organik, dan, setelah memasuki siklus biokimia, mereka meninggalkannya dengan sangat lambat.

Untuk memantau kualitas air permukaan, telah diciptakan berbagai layanan observasi hidrobiologi. Mereka memantau keadaan pencemaran ekosistem perairan di bawah pengaruh pengaruh antropogenik. Karena ekosistem tersebut mencakup lingkungan itu sendiri (air) dan komponen lainnya (sedimen dasar dan organisme hidup - hidrobion), informasi tentang distribusi logam berat antar komponen ekosistem sangatlah penting. Data yang dapat dipercaya dalam hal ini dapat diperoleh dengan menggunakan metode kimia analitik modern, yang memungkinkan untuk menentukan kandungan logam berat pada tingkat konsentrasi latar belakang.

Perlu dicatat bahwa kemajuan dalam pengembangan metode analisis telah memungkinkan pemecahan masalah global seperti mengidentifikasi sumber utama
pencemaran biosfer, menetapkan dinamika pencemaran dan transformasi polutan, perpindahan dan migrasinya. Pada saat yang sama, logam berat diklasifikasikan sebagai salah satu objek analisis yang paling penting. Karena kandungannya dalam bahan alami dapat sangat bervariasi, metode penentuannya harus memberikan solusi terhadap masalah tersebut. Sebagai hasil dari upaya para ilmuwan analitik di banyak negara, metode telah dikembangkan yang memungkinkan penentuan logam berat pada tingkat femtogram (10 - 15 g) atau dengan adanya satu (!) atom dalam volume sampel yang dianalisis. , misalnya nikel dalam sel hidup. Tidak hanya ahli kimia analitik, ahli biologi dan ekologi (kegiatan mereka secara tradisional terkait dengan masalah ini) menunjukkan minat profesional dalam masalah yang kompleks dan beragam yang diwakili oleh pencemaran kimia lingkungan dengan logam berat dan yang mencakup berbagai disiplin ilmu dan telah menjadi interdisipliner yang independen. bidang ilmu pengetahuan. Dalam arus informasi ilmiah dan sains populer, serta di media, materi tentang pengaruh logam berat terhadap kesehatan manusia semakin banyak bermunculan. Oleh karena itu, di Amerika Serikat, perhatian diberikan pada manifestasi agresivitas pada anak-anak akibat meningkatnya kandungan timbal dalam tubuh mereka. Di wilayah lain di dunia, peningkatan jumlah kejahatan dan bunuh diri juga dikaitkan dengan peningkatan kandungan racun di lingkungan. Menarik untuk membahas beberapa aspek kimia dan ekologi-kimia dari masalah sebaran logam berat di lingkungan, khususnya di perairan permukaan.

Untuk waktu yang cukup lama, ada keyakinan kuat bahwa fungsi biologis yang penting hanya dilakukan oleh natrium, kalium, magnesium, zat besi dan kalsium, yang bersama-sama menyediakan hampir 99% dari seluruh atom logam dalam tubuh manusia dan (kecuali besi) juga termasuk ke kelompok unsur makro. Atom terhidrasi dari empat logam ini, yaitu natrium, kalium, magnesium dan kalsium, terlibat dalam proses osmosis dan transmisi sinyal saraf, serta menentukan kekuatan jaringan tulang rangka. Besi adalah bagian dari molekul hemoglobin - protein terpenting yang terlibat dalam mengikat oksigen atmosfer dan mentransfernya ke sel-sel organ dan jaringan, yaitu selama proses respirasi. Ketertarikan terhadap fungsi unsur transisi, yang (termasuk besi) diklasifikasikan sebagai logam berat dan ditemukan dalam jumlah sedikit di dalam tubuh, telah muncul relatif baru-baru ini. Cabang ilmu baru telah muncul - kimia bioanorganik, yang mempelajari struktur, sifat dan reaksi senyawa unsur biogenik secara in vivo. Karena kandungannya yang rendah dalam tubuh makhluk hidup, mereka mulai disebut unsur mikro.

Pentingnya unsur mikro dalam pelaksanaan fungsi vital manusia telah dibuktikan untuk banyak unsur (mangan, seng, molibdenum, fluor, yodium dan selenium), dan untuk unsur lain (kromium, nikel, vanadium, timah, arsen, silikon). mungkin. Kriteria utama yang membedakan unsur makro dari unsur mikro adalah kebutuhan tubuh akan unsur tersebut, yang ditentukan dalam mg/kg berat per hari. Semua unsur mikro ini berfungsi di dalam tubuh baik dalam bentuk ion terhidrasi atau, seperti besi, dalam bentuk senyawa koordinasi.

Diketahui juga bahwa tubuh manusia mengandung sebagian besar logam non-transisi, dan dalam jumlah sedikit, misalnya: merkuri dari tambalan gigi, timbal, antimon, dan arsenik dari tinta cetak di koran dan buku, tembaga, timah, mangan, dan aluminium dari dapur. peralatan. Namun, pertama-tama, bukan logam-logam ini yang akan dipertimbangkan, melainkan logam-logam vital, yaitu logam biogenik. Dalam tubuh manusia dan hewan, dalam proses kehidupan, banyak terjadi reaksi kimia enzimatik yang disertai dengan putusnya ikatan yang sangat kuat, yaitu reaksi yang hanya dapat dilakukan di laboratorium pada kondisi yang keras, misalnya pada suhu tinggi. tekanan atau suhu.

Meskipun molekul enzim yang mengandung logam dapat menahan ribuan siklus katalitik, proses metabolisme yang terjadi pada organisme hidup dapat menyebabkan kerusakan beberapa enzim dan pembuangan sejumlah logam dari tubuh. Oleh karena itu, kerugian tersebut perlu dikompensasi, karena kekurangan unsur mikro akan menyebabkan terganggunya fungsi vital tubuh yang dapat mengakibatkan berbagai penyakit. Jumlah unsur mikro yang dimasukkan dapat diatur dengan pola makan, dan bila perlu, misalnya untuk mencegah penyakit, dengan mengonsumsi obat-obatan khusus, biasanya diproduksi dalam bentuk bahan tambahan makanan. Sebagai contoh, kita dapat mengutip kompleks vitamin dan mikro yang terkenal yang digunakan dalam nutrisi atlet dan kelompok profesional yang bekerja dalam kondisi lingkungan ekstrem.

Perlu dicatat bahwa kekuatan ikatan kimia protein dan komponen darah penting biologis lainnya dengan ion logam apa pun cukup untuk sebagian besar waktu logam tetap berada di dalam tubuh dalam bentuk kompleks dengan protein, amino. asam dan senyawa aktif biologis lainnya. Oleh karena itu, jika kelebihan logam masuk ke dalam tubuh, dapat menyebabkan terganggunya fungsinya, keracunan atau kematian. Tingkat efek tersebut tidak hanya bergantung pada konsentrasi yang melebihi tingkat tertentu, tetapi juga pada sifat logam, terutama kemampuan pengompleksannya. Jadi, jika kemampuan pembentukan kompleks suatu logam beracun cukup tinggi, maka ia dapat menggantikan katalis logam biogenik dari pusat aktifnya sebagai akibat interaksi kompetitif atau mengikat sebagian besar senyawa aktif biologis yang digunakan untuk sintesis logam tersebut. satu atau beberapa enzim penting.

Perlu juga dicatat bahwa hanya unsur biogenik yang terkandung dalam produk makanan dalam bentuk garam asam organik dan senyawa kimia larut lainnya, paling sering kompleks, yang memiliki nilai biologis. Literatur yang ditujukan untuk menilai kualitas produk pangan memberikan informasi tentang kandungan unsur mikro tertentu dalam buah-buahan, sayuran, daging, susu, dll.

Konsep unsur makro dan unsur mikro tidak selalu dapat dibedakan dengan jelas jika pembagian ini diterapkan pada kelompok organisme yang berbeda. Misalnya, kumpulan unsur mikro vital pada tumbuhan jelas berbeda dengan kumpulan unsur mikro penting pada hewan tingkat tinggi. Namun, tanaman juga memerlukan unsur mikro dalam jumlah tertentu di dalam tanah, yang biasanya dicapai dengan menggunakan apa yang disebut pupuk mikro, yang pada dasarnya adalah sekumpulan unsur mikro biogenik: seng, vanadium, molibdenum, tembaga, kobalt, besi, mangan.

Indikator kualitas habitat yang paling penting adalah tingkat kemurnian air permukaan. Logam beracun, begitu berada di reservoir atau sungai, didistribusikan ke seluruh komponen ekosistem perairan tersebut. Namun, tidak semua jumlah logam menyebabkan gangguan pada sistem ini. Saat menilai kemampuan suatu ekosistem untuk melawan efek racun eksternal, biasanya kita membicarakan tentang kapasitas penyangga ekosistem. Dengan demikian, kapasitas penyangga ekosistem air tawar dalam kaitannya dengan logam berat dipahami sebagai sejumlah logam beracun, yang pasokannya tidak secara signifikan mengganggu fungsi alami seluruh ekosistem yang diteliti. Dalam hal ini, logam beracun itu sendiri didistribusikan ke dalam komponen-komponen berikut: 1) logam dalam bentuk terlarut; 2) diserap dan diakumulasikan oleh fitoplankton, yaitu mikroorganisme tumbuhan; 3) tertahan oleh sedimen dasar sebagai akibat pengendapan partikel organik dan mineral yang tersuspensi dari lingkungan perairan; 4) teradsorpsi pada permukaan sedimen dasar langsung dari lingkungan perairan dalam bentuk larut; 5) terletak dalam bentuk teradsorpsi pada partikel tersuspensi. Pada Gambar. Gambar 1 secara skematis menunjukkan sebaran logam beracun (M) di ekosistem perairan.

Bentuk keberadaan logam di perairan dipengaruhi oleh organisme hidrobion (misalnya moluska). Jadi, ketika mempelajari perilaku tembaga di perairan permukaan, fluktuasi musiman dalam konsentrasinya diamati: di musim dingin konsentrasinya maksimum, dan di musim panas konsentrasinya menurun karena pertumbuhan aktif biomassa. Ketika partikel organik tersuspensi, yang memiliki kemampuan untuk menyerap ion tembaga, mengendap, partikel tersebut masuk ke sedimen dasar, yang mengarah pada efek yang diamati. Perlu juga dicatat bahwa intensitas proses ini bergantung pada laju sedimentasi suspensi, yaitu secara tidak langsung pada faktor-faktor seperti ukuran dan muatan partikel yang menyerap ion tembaga.

Selain akumulasi logam akibat adsorpsi dan sedimentasi selanjutnya, proses lain terjadi di air permukaan yang mencerminkan ketahanan ekosistem terhadap efek racun dari polutan tersebut. Yang paling penting adalah pengikatan ion logam di lingkungan berair dengan zat organik terlarut. Dalam hal ini, konsentrasi total racun dalam air tidak berubah. Namun demikian, secara umum diterima bahwa ion logam terhidrasi adalah yang paling beracun, sedangkan ion logam yang terikat dalam kompleks kurang berbahaya atau bahkan hampir tidak berbahaya. Studi khusus menunjukkan bahwa tidak ada hubungan yang jelas antara konsentrasi total logam beracun di permukaan air alami dan toksisitasnya.

Perairan permukaan alami mengandung banyak zat organik, 80% di antaranya merupakan polimer yang sangat teroksidasi seperti zat humat yang menembus ke dalam air dari tanah. Zat organik lainnya yang larut dalam air merupakan produk limbah organisme (polipeptida, polisakarida, asam lemak dan asam amino) atau pengotor yang berasal dari antropogenik yang sifat kimianya serupa. Semuanya tentunya mengalami berbagai transformasi di lingkungan perairan. Namun pada saat yang sama, semuanya merupakan sejenis reagen pembentuk kompleks yang mengikat ion logam menjadi kompleks dan dengan demikian mengurangi toksisitas air.

Perairan permukaan yang berbeda mengikat ion logam beracun dengan cara yang berbeda, sehingga menunjukkan kapasitas penyangga yang berbeda. Perairan danau, sungai, dan waduk bagian selatan, yang memiliki sejumlah besar komponen alami (zat humat, asam humat, dan asam fulvat) dan konsentrasinya yang tinggi, mampu melakukan detoksifikasi alami yang lebih efektif dibandingkan dengan perairan waduk di Utara. dan zona beriklim sedang. Dengan demikian, jika hal-hal lain dianggap sama, toksisitas perairan yang mengandung polutan juga bergantung pada kondisi iklim zona alaminya. Perlu dicatat bahwa kapasitas penyangga air permukaan dalam kaitannya dengan logam beracun telah ditentukan

Cara logam M beracun memasuki ekosistem perairan dan bentuk kemunculannya tidak hanya keberadaan bahan organik terlarut dan bahan tersuspensi, tetapi juga kemampuan akumulasi hidrobion, serta kinetika penyerapan ion logam oleh semua komponen. ekosistem, termasuk pembentukan kompleks dengan zat organik terlarut. Semua ini menunjukkan kompleksitas proses yang terjadi di permukaan air ketika polutan logam masuk ke dalamnya. Pada Gambar. Gambar 2 menunjukkan diagram sebaran logam beracun di permukaan air alami, yang secara umum mencerminkan proses kimia dan fisikokimia pengikatannya ke dalam berbagai bentuk. Menarik untuk dicatat bahwa asam humat, senyawa alami dengan berat molekul tinggi yang terbentuk selama transformasi sisa tanaman di tanah di bawah pengaruh mikroorganisme, tampaknya mampu mengikat ion logam berat menjadi kompleks yang stabil secara maksimal. Dengan demikian, konstanta stabilitas humat yang bersangkutan (kompleks ion logam berat dengan asam humat) memiliki nilai dalam kisaran 10 5 –10 12 tergantung pada sifat logamnya. Stabilitas humat bergantung pada keasaman lingkungan perairan.

Meskipun aspek kimia-analitik dari masalah penentuan bentuk keberadaan logam di perairan alami telah dirumuskan sekitar 20 tahun yang lalu, hanya dengan munculnya metode analisis terbaru masalah ini dapat dipecahkan. Sebelumnya, hanya kandungan kotor logam berat dalam air yang ditentukan dan distribusi antara bentuk tersuspensi dan terlarut ditetapkan. Kualitas air yang terkontaminasi logam dinilai berdasarkan perbandingan data kandungan kotornya dengan nilai MPC. Sekarang penilaian seperti itu dianggap tidak lengkap dan tidak berdasar, karena efek biologis suatu logam ditentukan oleh keadaannya di perairan, dan ini biasanya merupakan kompleks dengan berbagai komponen (Gbr. 2). Seperti disebutkan di atas, dalam beberapa kasus, misalnya, ketika dikomplekskan dengan senyawa organik yang berasal dari alam, kompleks ini tidak hanya memiliki toksisitas rendah, tetapi sering kali memiliki efek merangsang pada perkembangan organisme akuatik, karena dalam hal ini kompleks tersebut tersedia secara biologis. kepada organisme.

Saat mengembangkan MPC yang ada, proses kompleksasi tidak diperhitungkan dan dampak garam anorganik dari logam berat pada organisme hidup dinilai dalam larutan berair murni tanpa adanya zat organik terlarut yang berasal dari alam. Sebenarnya, penilaian seperti itu sulit dan terkadang tidak mungkin dilakukan.

Jadi, toksisitas air ketika tercemar dengan logam berat terutama ditentukan oleh konsentrasi ion logam aqua atau kompleks sederhana dengan ion anorganik. Kehadiran zat pengompleks lainnya, dan terutama zat organik, mengurangi toksisitas. Fenomena akumulasi racun di sedimen dasar yang disebutkan di atas dapat menyebabkan toksisitas sekunder pada perairan. Bahkan jika sumber pencemaran dihilangkan dan, seperti yang mereka katakan, “airnya normal”, migrasi balik logam dari sedimen dasar ke dalam air masih mungkin terjadi di masa depan. Oleh karena itu, peramalan keadaan sistem air harus didasarkan pada data dari analisis seluruh komponennya, yang dilakukan pada interval tertentu.

Kasus yang aneh adalah ditemukannya endapan cinnabar (merkuri sulfida) di salah satu wilayah Carpathians. Bagi para ahli geologi, temuan ini merupakan sebuah kejutan. Ternyata pada Abad Pertengahan, di desa-desa yang terletak di pegunungan di hulu sungai, merkuri secara sistematis digunakan untuk mengobati penyakit tertentu. Seiring berlalunya waktu, sungai mengumpulkan logam ini, membawanya ke hilir dan menumpuknya di salah satu perangkap alami berupa sedimen dasar. Transformasi selanjutnya akhirnya dicapai oleh cinnabar. Contoh ini menunjukkan bahwa di alam terjadi pergerakan, migrasi, dan akumulasi racun yang berasal dari antropogenik secara terus-menerus, sementara racun tersebut juga mengalami transformasi kimia menjadi bentuk yang lebih stabil.

Dari daftar polutan logam prioritas, kami menganggap merkuri, timbal dan kadmium mewakili bahaya terbesar bagi kesehatan manusia dan hewan.

Air raksa.

Di lingkungan, senyawa merkuri dengan bilangan oksidasi logam yang berbeda, yaitu Hg(0), Hg(I), Hg(II), dapat bereaksi satu sama lain. Bahaya terbesar ditimbulkan oleh senyawa organik, terutama alkil.

Bentuk-bentuk keberadaan logam di permukaan perairan

Mengurangi toksisitas (hingga 97%) – permukaan air lautan. Sekitar setengah dari seluruh merkuri masuk ke lingkungan alami karena sebab-sebab yang dibuat oleh manusia.

Keasaman lingkungan dan potensi oksidatifnya mempengaruhi keberadaan satu atau beberapa bentuk merkuri di lingkungan perairan. Jadi, pada reservoir yang diaerasi dengan baik, senyawa Hg(II) mendominasi. Ion merkuri mudah berikatan menjadi kompleks stabil dengan berbagai zat organik yang terdapat di perairan dan berperan sebagai ligan. Kompleks yang sangat kuat terbentuk dengan senyawa yang mengandung belerang. Merkuri mudah teradsorpsi pada partikel air yang tersuspensi. Dalam hal ini, apa yang disebut faktor konsentrasi kadang-kadang mencapai 10 5, yaitu seratus ribu kali lebih banyak merkuri terkonsentrasi pada partikel-partikel ini daripada keseimbangan dalam lingkungan perairan. Oleh karena itu, nasib logam akan ditentukan oleh penyerapan oleh partikel tersuspensi yang diikuti dengan sedimentasi, yaitu pada dasarnya akan terjadi penghilangan merkuri dari sistem perairan, seperti yang telah dijelaskan pada contoh pembentukan endapan cinnabar di wilayah Carpathia. Perlu dicatat bahwa desorpsi merkuri dari sedimen dasar terjadi secara perlahan, sehingga kontaminasi ulang pada air permukaan setelah sumber pencemaran diidentifikasi dan dihilangkan juga telah menghambat kinetika. Dalam media berair, merkuri membentuk senyawa organologam jenis R–Hg–X dan R–Hg–R, dengan R adalah radikal metil atau etil. Dari sumber antropogenik, merkuri memasuki sistem perairan dalam bentuk logam merkuri, ion Hg(II), dan fenilmerkuri asetat. Bentuk merkuri yang dominan ditemukan pada ikan adalah metilmerkuri, yang dibentuk secara biologis oleh enzim dari mikroorganisme. Di perairan permukaan yang tidak tercemar, kandungan merkuri berkisar antara 0,2–0,1 μg/l, di perairan laut tiga kali lebih sedikit. Tumbuhan air menyerap merkuri. Senyawa organik R–Hg–R" ditemukan dalam konsentrasi yang lebih tinggi pada plankton air tawar dibandingkan pada plankton laut. Senyawa merkuri organik dikeluarkan dari tubuh lebih lambat dibandingkan senyawa anorganik. Standar yang ada untuk kandungan maksimum racun ini (0,5 μg/kg ) digunakan untuk pengendalian mutu produk pangan. Diasumsikan merkuri terdapat dalam bentuk senyawa termetilasi. Jika masuk ke dalam tubuh manusia, penyakit Minimata dapat terjadi.

Memimpin.

Setengah dari jumlah total racun ini masuk ke lingkungan sebagai akibat pembakaran bensin bertimbal. Dalam sistem perairan, timbal terutama terikat melalui adsorpsi dengan partikel tersuspensi atau dalam bentuk kompleks larut dengan asam humat. Ketika dibiometilasi, seperti halnya merkuri, timbal pada akhirnya membentuk timbal tetrametil. Pada perairan permukaan yang tidak tercemar, kandungan timbal biasanya tidak melebihi 3 µg/l. Sungai-sungai di kawasan industri memiliki kadar timbal yang lebih tinggi. Salju dapat mengakumulasi racun ini dalam jumlah yang signifikan: di sekitar kota-kota besar, kandungannya dapat mencapai hampir 1 juta μg/l, dan pada jarak tertentu darinya ~ 1–100 μg/l.

Tumbuhan air mengakumulasi timbal dengan baik, tetapi dengan cara yang berbeda. Terkadang fitoplankton menahannya dengan faktor konsentrasi hingga 10 5, seperti merkuri. Timbal terakumulasi sedikit pada ikan, sehingga relatif tidak terlalu berbahaya bagi manusia dalam mata rantai rantai trofik ini. Senyawa termetilasi relatif jarang ditemukan pada ikan dalam kondisi air normal. Di wilayah dengan emisi industri, akumulasi timbal tetrametil dalam jaringan ikan terjadi secara efisien dan cepat - paparan timbal akut dan kronis terjadi pada tingkat kontaminasi 0,1–0,5 μg/l. Di dalam tubuh manusia, timbal dapat terakumulasi di kerangka, menggantikan kalsium.

Kadmium.

Sifat kimia logam ini mirip dengan seng. Ini dapat menggantikan pusat aktif enzim yang mengandung logam, yang menyebabkan gangguan tajam pada fungsi proses enzimatik. Dalam deposit bijih, kadmium biasanya terdapat bersama dengan seng. Dalam sistem berair, kadmium berikatan dengan zat organik terlarut, terutama jika terdapat gugus sulfhidril SH dalam strukturnya. Kadmium juga membentuk kompleks dengan asam amino, polisakarida, dan asam humat. Namun diyakini bahwa keberadaan ligan konsentrasi tinggi yang mampu mengikat kadmium saja belum cukup untuk mengurangi konsentrasi ion aqua kadmium bebas ke tingkat yang aman bagi organisme hidup. Adsorpsi ion kadmium oleh sedimen dasar sangat bergantung pada keasaman medium. Dalam lingkungan berair netral, ion kadmium bebas hampir seluruhnya diserap oleh partikel sedimen dasar.

Beberapa tahun yang lalu cukup banyak sumber kadmium yang masuk ke lingkungan. Setelah toksisitasnya yang tinggi terbukti, jumlahnya menurun tajam (setidaknya di negara-negara industri). Kini sumber utama pencemaran lingkungan dengan racun ini adalah kuburan baterai nikel-kadmium. Seperti telah disebutkan, kadmium ditemukan pada produk letusan Gunung Etna. Konsentrasi kadmium dalam air hujan bisa melebihi 50 µg/l.

Di waduk air tawar dan sungai, kandungan kadmium berkisar antara 20–400 ng/l. Kandungan terendah di lautan tercatat di Samudra Pasifik, sebelah timur Kepulauan Jepang (∼ 0,8–9,6 ng/L pada kedalaman 8–5500 m). Logam ini terakumulasi pada tanaman air dan jaringan organ dalam ikan (tetapi tidak pada otot rangka).

Kadmium umumnya kurang beracun bagi tanaman dibandingkan metilmerkuri dan memiliki toksisitas yang sebanding dengan timbal. Pada kandungan kadmium ∼ 0,2–1 mg/l, fotosintesis dan pertumbuhan tanaman melambat. Efek yang tercatat berikut ini menarik: toksisitas kadmium berkurang secara nyata dengan adanya sejumlah seng, yang sekali lagi menegaskan asumsi bahwa ion-ion logam ini dapat bersaing di dalam tubuh untuk berpartisipasi dalam proses enzimatik.

Ambang batas toksisitas akut kadmium bervariasi dari 0,09 hingga 105 μg/L untuk ikan air tawar. Peningkatan kesadahan air meningkatkan derajat perlindungan tubuh dari keracunan kadmium. Ada kasus keracunan parah pada manusia dengan kadmium yang masuk ke dalam tubuh melalui rantai trofik (penyakit Itai-Itai). Kadmium dikeluarkan dari tubuh dalam jangka waktu yang lama (sekitar 30 tahun).

Biosfer dapat dianggap sebagai objek analisis umum. Dalam praktiknya, seorang spesialis dalam bidang ilmu tertentu menangani salah satu komponen ilmu tersebut. Namun, setiap objek tertentu berada dalam dinamika yang konstan, saling berhubungan dengan objek lain dan oleh karena itu tidak hanya mengubah komposisinya, tetapi juga propertinya. Terkadang perubahan tersebut bersifat kecil, sehingga dapat diketahui, dibutuhkan jangka waktu tertentu agar perubahan tersebut dapat terjadi. Namun metode observasi yang digunakan, yaitu biomonitoring, harus sensitif dan akurat. Kompleksitas lingkungan sebagai objek analisis dan variabilitasnya mengharuskan peninjauan data secara berkala dan meningkatkan metode penentuan dan tahapan analisis individu. Baru-baru ini, revisi serupa dilakukan terkait data prevalensi merkuri dan tembaga di lingkungan. Ternyata tahapan pengambilan sampel, seleksi, dan penyiapan sampel sebelumnya kurang sempurna dan mengandung kesalahan sistematik. Pertimbangannya pada akhirnya mengarah pada fakta bahwa data tentang kandungan merkuri di masing-masing objek lingkungan terkadang ditaksir terlalu tinggi. Meskipun perkiraan kandungan merkuri dalam emisi atmosfer untuk periode hingga tahun 2025 mengasumsikan jumlah racun ini meningkat dua kali lipat, telah diketahui bahwa pada kenyataannya konsentrasinya hampir satu tingkat lebih rendah. Analisis kritis serupa terhadap data juga diharapkan dilakukan untuk penilaian kandungan tembaga. Informasi tentang sebaran logam sebagai polutan diperoleh terutama oleh para analis lingkungan, yang menerima informasi primer, meskipun para ahli dari bidang ilmu terkait ikut serta dalam memecahkan masalah perlindungan lingkungan. Salah satu arah reformasi modern pendidikan tinggi adalah pelatihan spesialis berkualifikasi tinggi di bidang sains
penguji dengan pengetahuan luas di bidang terkait kimia, biologi, fisika, ekologi, mampu memecahkan masalah yang kompleks dan vital, beberapa di antaranya akan dibahas dalam artikel ini.

1. Mirkin B.M., Naumova L.G. Ekologi Rusia. M.: 1995.232 hal.

2. Nikanorov A.M., Zhulidov A.V. Biomonitoring logam di ekosistem air tawar. SPb.: Gidrometeoizdat, 1991. 312 hal.

3. Moore J., Ramamurthy S. Logam berat di perairan alami. M.: Mir, 1987. 286 hal.

4. Williams D. Logam kehidupan. M.: Mir, 1975. 236 hal.

5. Materi konferensi tentang analisis air alam dan air limbah di Uni Soviet (Rusia) selama 5-10 tahun terakhir.

6. Shustov S.B., Shustova L.V. Dasar kimia ekologi. M.: Pendidikan, 1995. 240 hal.

7. Maistrenko V.N., Khamitov R.Z., Budnikov G.K. Pemantauan ekologi supertoksikan. M.: Khimiya, 1996.320 hal.

Konstantinovich Budnikov dari Jerman, Doktor Ilmu Kimia, Profesor Departemen Kimia Analitik Universitas Negeri Kazan, Anggota Koresponden dari Akademi Ilmu Pengetahuan Alam Federasi Rusia dan Akademi Ekologi Rusia, Akademisi Akademi Ilmu Pengetahuan Pendidikan Tinggi Internasional.

Bidang minat ilmiah: kimia elektroanalitik, elektroda yang dimodifikasi secara kimia, biosensor untuk pengendalian lingkungan-analitik. Penulis lebih dari 550 publikasi, termasuk 12 buku tentang masalah elektroanalitik dan kimia analitik.

Penambangan dan pengolahan bukanlah sumber polusi logam yang paling kuat. Emisi dari perusahaan-perusahaan ini jauh lebih rendah dibandingkan dengan pembangkit listrik tenaga panas. Semua logam hadir dalam batu bara dan minyak. Terdapat lebih banyak unsur kimia beracun, termasuk logam berat, di abu pembangkit listrik, tungku industri dan rumah tangga dibandingkan di dalam tanah. Emisi udara dari pembakaran bahan bakar sangatlah penting. Misalnya, jumlah merkuri, kadmium, kobalt, arsenik di dalamnya 3-8 kali lebih tinggi dibandingkan jumlah logam yang ditambang. Terdapat bukti bahwa hanya satu boiler pembangkit listrik tenaga panas berbahan bakar batubara modern yang mengeluarkan rata-rata 1-1,5 ton uap merkuri ke atmosfer per tahun. Logam berat juga terkandung dalam pupuk mineral.

Selain pembakaran bahan bakar mineral, cara terpenting penyebaran logam secara teknogenik adalah pelepasannya ke atmosfer selama proses teknologi pirogenik (metalurgi, pembakaran bahan baku semen, dll.), serta pengangkutan, pengayaan, dan penyortiran bijih. .

Masuknya logam berat secara teknogenik ke lingkungan terjadi dalam bentuk gas dan aerosol serta sebagai bagian dari air limbah. Logam terakumulasi relatif cepat di dalam tanah dan dihilangkan dengan sangat lambat: waktu paruh seng hingga 450 tahun, kadmium - hingga 1000 tahun, tembaga - hingga 1400 tahun. Sumber kontaminasi logam yang signifikan pada tanah adalah penggunaan pupuk dari lumpur yang diperoleh dari pabrik pengolahan industri dan limbah. Logam berat dalam emisi produksi metalurgi sebagian besar berada dalam bentuk tidak larut. Saat Anda menjauh dari sumber polusi, partikel terbesar mengendap, proporsi senyawa logam terlarut meningkat, dan rasio antara bentuk larut dan tidak larut terbentuk. Polusi aerosol yang masuk ke atmosfer dihilangkan melalui proses pemurnian diri secara alami. Curah hujan atmosfer memainkan peran utama. Selanjutnya, emisi dari perusahaan industri ke atmosfer dan pembuangan air limbah menciptakan prasyarat bagi masuknya logam berat ke dalam tanah, air tanah dan badan air terbuka, ke dalam tumbuhan, sedimen dasar dan hewan. Kisaran penyebaran dan tingkat pencemaran udara bergantung pada kekuatan sumber, kondisi emisi, dan kondisi cuaca. Namun dalam kondisi aglomerasi perkotaan industri dan pembangunan perkotaan, parameter sebaran logam di udara masih kurang dapat diprediksi. Dengan jarak dari sumber pencemaran, penurunan konsentrasi aerosol logam di udara atmosfer sering kali terjadi secara eksponensial, akibatnya zona pengaruh kuatnya, yang melebihi MPC, relatif kecil. Di daerah perkotaan, dampak akhir dari pencemaran udara yang tercatat adalah akibat dari penambahan banyak bidang hamburan dan ditentukan oleh jarak dari sumber emisi, struktur perkotaan dan keberadaan zona perlindungan sanitasi yang diperlukan di sekitar perusahaan. Kandungan alami logam berat dalam atmosfer ramah lingkungan adalah seperseribu mikrogram per meter kubik ke bawah. Tingkat ini praktis tidak diamati dalam kondisi modern di wilayah berpenghuni mana pun. Industri utama yang terkait dengan pencemaran merkuri meliputi pertambangan, metalurgi, bahan kimia, instrumentasi, vakum dan farmasi. Sumber pencemaran lingkungan yang paling intens dengan kadmium adalah metalurgi dan pelapisan listrik, serta pembakaran bahan bakar padat dan cair. Jalur udara masuknya unsur kimia ke lingkungan perkotaan merupakan jalur utama. Namun dalam jangka pendek, khususnya di bidang pertanian pinggiran kota, peran relatif sumber pencemaran lingkungan dengan logam berat dapat berubah dan bahaya terbesar akan ditimbulkan oleh air limbah dan limbah yang terakumulasi di tempat pembuangan sampah dan digunakan sebagai pupuk. Zat tersuspensi dan sedimen tanah mempunyai kemampuan terbesar dalam mengkonsentrasikan logam berat, diikuti oleh plankton, benthos dan ikan. Logam berat merupakan salah satu polutan yang paling umum di air, tanah dan udara. Toksisitasnya dapat dinilai berdasarkan kelas bahayanya dan bagaimana pengaruhnya terhadap metabolisme dan kesehatan manusia. Ada bentuk logam yang larut dan tersebar di air dan tanah. Logam berat termasuk dalam golongan logam nonkonservatif, yaitu kandungannya dalam air, tanah, lumpur aktif dan tercerna bergantung pada suhu, kandungan garam, keberadaan zat pengompleks anorganik dan organik, aktivitas biologis, waktu dalam setahun, pH. nilai. (sesuai dengan Gambar 3)

Gambar 3. Pencemaran air dengan logam berat

Logam berat memasuki tanah dan badan air dari atmosfer atau ketika air limbah yang tidak diolah dibuang, konsentrasi logam dalam sedimen jauh lebih tinggi dibandingkan di air. Di dalam tanah dan gambut, konsentrasi logam berat terjadi melalui mekanisme pertukaran ion. Perpindahan logam berat dapat terjadi akibat terbentuknya kompleks organik dan anorganik yang larut dalam air. Manifestasi sifat toksik logam berat dengan kehadiran simultannya dianggap sebagai karakteristik. Jadi, dengan adanya tembaga dan seng, toksisitas campuran meningkat 5 kali lipat dibandingkan hasil total. Dalam sistem yang kekurangan oksigen terlarut, toksisitas seng, timbal, dan tembaga meningkat. Penyerapan logam berat oleh tanah bergantung pada kapasitas mekanik, fisiko-kimia (metabolisme), kimia dan biologi.

Ion-ion yang diserap tanah dapat menggantikan kation-kation yang terdapat pada kisi kristal dan membentuk senyawa kompleks dengan komponen organik tanah, misalnya dengan senyawa humat. Senyawa humat dalam lingkungan basa dan netral membentuk senyawa kompleks dengan logam berat. Dalam praktik pengolahan air limbah industri saat ini, teknologi membran dan pengolahan elektrokimia mulai berkembang. Ion seng, kromium, tembaga, nikel diekstraksi secara sempurna dari air menggunakan metode pertukaran ion. Kapasitas pertukaran ion nikel adalah 63 mg. untuk 1 g ionit. Karena biaya penukar ion polimer cukup besar, metode untuk memurnikan air dari logam berat sedang dikembangkan menggunakan produk sampingan, limbah industri (terak, abu), dan bahan alami (gambut, tanah liat). Prinsip-prinsip utama pengolahan lumpur air limbah beracun untuk mengekstraksi logam berat darinya dijelaskan dalam karya ini.

Logam berat diekstraksi dari abu yang diperoleh dari pembakaran sedimen ini. Saat ini, lebih dari 500 ribu jenis bahan kimia - produk kegiatan ekonomi - memasuki biosfer, yang sebagian besar terakumulasi di dalam tanah. Logam berat menempati posisi penting di antara polutan.

Tergantung pada konsentrasinya di lingkungan alami, mereka didefinisikan sebagai elemen jejak atau sebagai logam berat. Tetapi ada sekelompok logam yang hanya memiliki satu definisi - "berat" dalam arti "beracun". Ini termasuk merkuri, kadmium, timbal, talium dan beberapa elemen lainnya. Mereka dianggap sebagai polutan lingkungan yang paling berbahaya, bersama dengan metaloid seperti arsenik.

Sumber utama masuknya logam berat antropogenik ke lingkungan alam adalah pembangkit listrik tenaga panas, perusahaan metalurgi, penggalian dan pertambangan untuk ekstraksi bijih polimetalik, kendaraan bermotor, dan sarana kimia untuk melindungi tanaman dari penyakit dan hama. Aliran logam berat yang sangat kuat muncul di sekitar perusahaan metalurgi besi dan khususnya non-besi sebagai akibat dari emisi atmosfer. Pencemaran lingkungan alam dengan racun terjadi sebagai akibat dari pekerjaan kompleks industri, dan bukan oleh perusahaan perorangan. Mengingat bahwa kerapatan fluks logam yang diendapkan ke permukaan di bawahnya sebanding dengan konsentrasinya di udara, teknik khusus digunakan untuk mengevaluasi sumber spesifik logam yang memasuki lingkungan.

Sumber utama emisi antropogenik zat berbahaya ke atmosfer terkonsentrasi di wilayah Kazakhstan Utara dan Selatan, yaitu. di belahan bumi utara. Kandungan logam di atmosfer berfluktuasi dalam rentang yang luas dan bergantung pada jarak dari sumber pencemaran, sifat permukaan di bawahnya, dan kondisi cuaca pada saat pengukuran. Volatilitas logam disebabkan oleh fakta bahwa logam tersebut terikat di atmosfer dengan partikel submikron, yang di udara berperilaku hampir seperti gas. Polutan di atmosfer ditangkap oleh tetesan air hujan atau kepingan salju dan jatuh melalui presipitasi atau ke permukaan bumi sebagai endapan kering. Sumber industri pencemaran tanah aerogenik dengan logam terlokalisasi di ruang angkasa, sehingga menyebabkan tingginya tingkat pencemaran tanah di wilayah terbatas (menurut Gambar 4).

Gambar 4. Pencemaran tanah akibat limbah rumah tangga

Tergantung pada ketinggian dan komposisi emisi yang tersebar, 15-20% dari jumlah logam yang dilepaskan ke atmosfer berada di zona polusi lokal. Konfigurasi isolin kandungan logam dalam tanah di sekitar sumber emisi terutama berhubungan dengan iklim angin naik. Pelepasan logam ke dalam tanah di dekat sumber emisi biasanya terjadi dalam bentuk senyawa yang tidak larut.

Mobilitas logam berat dalam tanah

Modifikasi senyawa logam berat yang masuk ke dalam tanah meliputi proses sebagai berikut: pelarutan, adsorpsi kation logam berat oleh fase padat tanah, pembentukan fase padat terakhir. Proses utama yang mengontrol kandungan logam berat dalam bentuk yang larut dalam air di tanah yang terkena polusi teknogenik dianggap sebagai keseimbangan adsorpsi-desorpsi.

Diketahui bahwa setelah penambahan oksida logam berat, kandungan bentuk bergeraknya praktis tidak berbeda dengan kandungan di dalam tanah yang ditambahkan garam yang larut dalam air dari logam berat yang sama. Seiring waktu, di semua tanah, kandungan logam berat dalam bentuk yang larut dalam air, dapat ditukar, dan terikat lemah menurun, dan kandungan dalam bentuk logam berat yang terikat erat meningkat. Konsentrasi logam berat dalam larutan tanah merupakan ciri ekologi utama tanah; hal ini menentukan migrasi logam berat sepanjang profil dan penyerapannya oleh tanaman. Perubahan kelembaban tanah dan energi mikrobiota mempengaruhi keseimbangan asam basa dan redoks, kandungan senyawa pengkelat, komposisi atmosfer tanah, dan semua ini pada gilirannya mempengaruhi mobilitas logam berat. Ada 2 mekanisme penyerapan logam berat oleh tanah: yang pertama meliputi adsorpsi dengan pembentukan senyawa kompleks bola eksternal dan internal dengan komponen mineral dan organik tanah; yang kedua terdiri dari pengendapan senyawa yang sangat larut dari larutan tanah, yaitu. dalam pembentukan fase padat berulang. Dalam nasib logam selanjutnya yang membentuk ikatan kuat dengan oksigen dan belerang, pembentukan kompleks dengan bahan organik memainkan peran penting. Pada konsentrasi logam yang sangat tinggi dalam larutan, pengendapan fase padat sekunder dimulai: besi, aluminium hidroksida, kalsium karbonat, magnesium, seng, kadmium, dan merkuri sulfida. Dalam hal ini, konsentrasi logam dalam larutan bergantung pada anion, yang menjamin kelarutan kation minimum.

Dari 104 unsur kimia yang diketahui umat manusia saat ini, 82 di antaranya adalah logam. Mereka menempati tempat penting dalam kehidupan masyarakat di bidang industri, biologi dan lingkungan. Ilmu pengetahuan modern membagi logam menjadi berat, ringan dan mulia. Pada artikel ini kita akan melihat daftar logam berat dan ciri-cirinya.

Penentuan logam berat

Awalnya, logam berat biasanya disebut sebagai perwakilan yang memiliki massa atom di atas 50. Namun, penggunaan istilah ini saat ini lebih sering terjadi bukan dari sudut pandang kimia, tetapi tergantung pada dampaknya terhadap pencemaran lingkungan. Dengan demikian, daftar logam berat mencakup logam dan metaloid (semi logam) yang mencemari unsur biosfer manusia (tanah, air). Mari kita lihat mereka.

Berapa banyak unsur yang termasuk dalam daftar logam berat?

Saat ini tidak ada konsensus mengenai jumlah unsur dalam daftar ini, karena tidak ada kriteria umum yang mengklasifikasikan logam sebagai berat. Namun, daftar logam berat dapat dibentuk tergantung pada berbagai sifat logam dan karakteristiknya. Ini termasuk:

Berat atom. Berdasarkan kriteria ini, unsur ini mencakup lebih dari 40 unsur dengan massa atom melebihi 50 sma (g/mol).
Kepadatan. Berdasarkan kriteria ini, logam yang massa jenisnya sama atau melebihi besi dianggap berat.
Toksisitas biologis menggabungkan logam berat yang berdampak negatif terhadap kehidupan manusia dan organisme hidup. Ada sekitar 20 elemen dalam daftar mereka.

Efek pada tubuh manusia

Sebagian besar zat ini berdampak negatif pada semua organisme hidup. Karena massa atomnya yang besar, mereka tidak dapat diangkut dengan baik dan terakumulasi di jaringan manusia, menyebabkan berbagai penyakit. Jadi, bagi tubuh manusia, kadmium, merkuri, dan timbal diakui sebagai logam paling berbahaya dan terberat.

Daftar unsur-unsur beracun dikelompokkan berdasarkan tingkat bahayanya menurut apa yang disebut aturan Mertz, yang menyatakan bahwa logam paling beracun memiliki rentang paparan terkecil:

Kadmium, merkuri, talium, timbal, arsenik (sekelompok racun logam paling berbahaya, melebihi batas yang diijinkan dapat menyebabkan gangguan psikofisiologis yang serius dan bahkan kematian).
Kobalt, kromium, molibdenum, nikel, antimon, skandium, seng.
Barium, mangan, strontium, vanadium, tungsten

Namun ini tidak berarti bahwa tidak satu pun unsur yang dikelompokkan di atas, menurut aturan Mertz, harus ada dalam tubuh manusia. Sebaliknya, daftar logam berat mencakup unsur-unsur ini dan lebih dari 20 unsur lainnya, yang konsentrasinya kecil tidak hanya tidak berbahaya bagi kehidupan manusia, tetapi juga diperlukan dalam proses metabolisme, terutama besi, tembaga, kobalt, molibdenum dan bahkan seng.

Pencemaran lingkungan dengan logam berat

Unsur biosfer yang tercemar logam berat adalah tanah dan air. Penyebab paling umum dari hal ini adalah perusahaan metalurgi yang memproses logam ringan dan berat. Daftar agen pencemar juga mencakup perusahaan knalpot mobil, rumah boiler, produksi bahan kimia, perusahaan percetakan dan bahkan pembangkit listrik.

Racun yang paling umum adalah: timbal (produksi otomotif), merkuri (contoh distribusi: termometer rusak dalam kehidupan sehari-hari dan perlengkapan lampu neon), kadmium (terbentuk akibat pembakaran sampah). Selain itu, sebagian besar pabrik dalam produksinya menggunakan satu atau beberapa elemen yang dapat dikategorikan berat. Golongan logam yang daftarnya telah diberikan di atas paling sering masuk ke badan air dalam bentuk limbah dan kemudian sampai ke manusia.

Selain faktor pencemaran alam dengan logam berat yang disebabkan oleh ulah manusia, ada juga faktor alami yaitu letusan gunung berapi, yang di dalam lavanya ditemukan peningkatan kandungan kadmium.

Ciri-ciri sebaran logam paling beracun di alam

Merkuri di alam paling banyak terlokalisasi di air dan udara. Merkuri masuk ke perairan lautan dunia dari saluran pembuangan industri, dan juga ditemukan uap merkuri yang terbentuk akibat pembakaran batu bara. Senyawa beracun terakumulasi pada organisme hidup, terutama pada makanan laut.

Timbal mempunyai wilayah distribusi yang luas. Itu terakumulasi di pegunungan, di tanah, dan di air, dan di organisme hidup, dan bahkan di udara, dalam bentuk gas buang dari mobil. Tentu saja timbal juga masuk ke lingkungan sebagai akibat tindakan antropologis berupa limbah industri dan limbah non-daur ulang (akumulator dan baterai).

Dan sumber pencemaran lingkungan dengan kadmium juga merupakan faktor alam: pelapukan bijih tembaga, pencucian tanah, serta akibat aktivitas gunung berapi.

Lingkup penerapan logam berat

Meskipun beracun, industri modern menciptakan berbagai macam produk bermanfaat, mengolah produk-produk berat termasuk paduan tembaga, seng, timbal, timah, nikel, titanium, zirkonium, molibdenum, dll.

Tembaga adalah bahan yang sangat plastik yang digunakan untuk membuat berbagai macam kabel, pipa, peralatan dapur, perhiasan, atap dan banyak lagi. Selain itu, banyak digunakan dalam teknik mesin dan pembuatan kapal.

Seng memiliki sifat anti korosi yang tinggi, sehingga banyak digunakan untuk melapisi produk logam (disebut galvanisasi). Area penerapan produk seng: konstruksi, teknik mesin, percetakan (produksi cetakan), ilmu roket, industri kimia (produksi pernis dan cat) dan bahkan obat-obatan (antiseptik, dll).

Timbal mudah meleleh, sehingga digunakan sebagai bahan baku di banyak industri: cat dan pernis, kimia, otomotif (bagian dari baterai), elektronik radio, medis (produksi celemek pelindung untuk pasien selama pemeriksaan rontgen).

Logam merupakan salah satu polutan anorganik utama di perairan tawar dan laut. Ini terutama senyawa arsenik, timbal, kadmium, dan merkuri.

Berat ringannya masalah pencemaran lingkungan perairan dengan logam beracun ditentukan oleh:

Konsentrasi senyawa logam berat yang tinggi di wilayah pesisir laut dan laut pedalaman;

Pembentukan kompleks organologam yang sangat beracun, baik yang termasuk dalam komponen abiotik ekosistem maupun diserap oleh hidrobion;

Akumulasi logam oleh organisme perairan dalam dosis yang berbahaya bagi manusia.

Sumber utama logam beracun yang masuk ke lingkungan perairan adalah polusi langsung dan limpasan dari daratan. Selain itu, transportasi atmosfer memainkan peran penting dalam pencemaran hidrosfer dengan logam.

200 kt timbal dan 5 kt merkuri jatuh ke permukaan Samudra Dunia setiap tahunnya. Kontribusi timbal di atmosfer terhadap total alirannya ke Samudera Dunia saat ini melebihi kontribusi geokimia unsur ini melalui limpasan sungai. Untuk kadmium, masukan ke laut akibat pengendapan atmosfer dan limpasan langsung dari daratan adalah serupa, dan untuk merkuri, fluks atmosfer menyumbang sekitar 25% dari total masukan ke lingkungan laut. Saat ini diketahui bahwa sumber utama logam berat yang masuk ke lingkungan bukanlah produksi metalurgi, melainkan pembakaran batu bara. Pembakaran tahunan 2,4 miliar ton batu bara keras dan 0,9 miliar ton batu bara coklat menyebarkan 200 kt arsenik dan 224 kt uranium ke lingkungan, dan produksi logam-logam ini di dunia masing-masing hanya 40 dan 30 kt.

Seperti disebutkan di atas, air limbah memainkan peran penting dalam pencemaran hidrosfer dengan logam.

Secara alami, pencemaran logam terbesar terjadi di laut dan wilayah lautan yang aktivitas antropogeniknya tinggi. Perairan Teluk Persia dan Aden di Samudera Hindia, Samudera Pasifik bagian khatulistiwa, perairan Arus Teluk di Atlantik, Laut Utara dan Laut Mediterania lebih tercemar dibandingkan yang lain.

Arsenik. Arsenik tersebar luas pada batuan yang mengandung fosfat dan karenanya terjadi sebagai pengotor dalam pupuk fosfat atau deterjen yang dihasilkan dari bahan mentah tersebut. Bentuk umum arsenik di alam: H 3 AsO 3 , As(OH) 3 , H 3 AsO 4 .

Beberapa arsenik digunakan sebagai pestisida dalam bentuk natrium dan tembaga arsenat untuk menyemprot pohon buah-buahan. Namun sumber utama arsenik antropogenik adalah pembakaran batu bara dan peleburan logam. Jika rata-rata konsentrasi arsenik di udara kota besar adalah 0,01–0,56 μg m–3, maka di dekat pabrik peleburan (pada jarak beberapa km) adalah 1,5–7,9 μg m–3, dan kandungan arsenik dalam batubara terbang pembangkit listrik tenaga abu adalah 43–312 mg kg–1 (Arsenik, 1985).

Pada manusia, keracunan arsenik akut menyebabkan rasa logam di mulut, muntah, sakit perut parah, gagal jantung dan ginjal akut, serta kejang. Keracunan kronis (bila mengonsumsi air yang mengandung lebih dari 0,1 μg L-1 arsenik) menyebabkan hiperpigmentasi, keratosis, dan kanker kulit (Garin et al., 2001). Dosis mematikan arsenik adalah - 0,06 - 0,2 g (dari 1 hingga 2,5 mg As kg -1 berat badan) (Arsenik, 1985).

Memimpin. Sekitar 3,5 Mt timbal ditambang setiap tahunnya, dan dengan mempertimbangkan ekstraksi ulang dari limbah, produksi timbal adalah 4,1 Mt tahun -1. Pencemaran timbal pada air dan udara alami terjadi sebagai akibat dari pemanggangan dan peleburan bijih timbal untuk menghasilkan timbal logam, melalui emisi limbah dari industri yang menggunakan timbal, dan dari pembakaran batu bara, kayu dan bahan organik lainnya, termasuk sampah kota. Selain itu, sejumlah besar timbal dilepaskan ke lingkungan melalui penggunaan pipa air timbal dan baterai timbal-asam.

Senyawa alkil timbal masih menjadi sumber pencemaran lingkungan yang serius. Dalam 40 tahun terakhir saja, sekitar 10 Mt timbal telah diolah menjadi timbal tetraetil, yang digunakan sebagai bahan tambahan anti ketukan pada bensin motor. Dari sumber-sumber timbal antropogenik, ini dianggap yang paling penting.

Jumlah timbal yang masuk ke laut setiap tahunnya akibat penggunaan alkil timbal sebagai bahan antiknock bahan bakar diesel diperkirakan mencapai 25 kt.

Pb(CH 2 CH 3) 4 ditambahkan ke bensin, yang memungkinkan mesin beroperasi pada tekanan tinggi. CH 2 Cl–CH 2 Cl dan CH 2 Br–CH 2 Br juga ditambahkan ke bensin. Akibat pembakaran bahan bakar, timbal masuk ke atmosfer dalam bentuk partikel aerosol PbBrCl berukuran kurang dari 2 mikron, masuk ke paru-paru dan menetap di sana:

Pb(CH 2 CH 3) 4 + C 2 H 4 G 2 + 16O 2 = PbG 2 + 10CO 2 + 12H 2 O (G=Cl atau Br) (Ershov, 2003).

Timbal dalam tubuh manusia terakumulasi di tulang, menggantikan garam kalsium. Selain itu, disimpan di otot, hati, ginjal, limpa, otak, jantung dan kelenjar getah bening. Keracunan timbal ditandai dengan "kolik timbal" - kejang tajam pada pembuluh darah, peningkatan tekanan darah, fenomena spastik-atonik di usus, munculnya kejang kejang, dan anemia hipokromik berkembang (Garin et al., 2001). Dosis timbal yang mematikan bagi manusia adalah 20–50 g.

Air raksa. Merkuri adalah salah satu logam paling beracun yang paling sering ditemukan di lingkungan. Merkuri merupakan salah satu unsur paling langka dengan kadar yang sangat rendah di kerak bumi. Ini terjadi secara alami sebagai sulfida merah, cinnabar, sulfida hitam, dan merkuri cair.

Sumber utama merkuri antropogenik:

· pembakaran bahan bakar fosil;

· emisi dari perusahaan industri, yang paling penting adalah pembuangan air limbah dari pabrik elektrolisis untuk produksi klor-alkali dan soda api dan perusahaan yang menggunakan merkuri sulfat sebagai katalis;

· Penggunaan berbagai biosida yang mengandung senyawa merkuri dalam pertanian.

Diperkirakan bahwa akibat aktivitas manusia, hingga 10 kt merkuri dilepaskan ke lingkungan setiap tahunnya, dimana 3 kt di antaranya disebabkan oleh pembakaran bahan bakar fosil. Sekitar 5 kt merkuri masuk ke lingkungan laut, jumlah totalnya di perairan Samudra Dunia adalah 10 Mt dengan konsentrasi rata-rata 0,01-0,03 μg l -1.

Ada bakteri yang mengubah mineral merkuri menjadi monometil (atau metil) merkuri (CH 3 Hg +)

Merkuri bersifat racun bagi fitoplankton, sehingga pencemaran merkuri secara signifikan mengurangi produksi primer ekosistem laut. Fito- dan zooplankton mengakumulasi merkuri dalam rentang konsentrasi yang luas dari 30 hingga 3.800 μg kg -1 massa kering; tingkat akumulasi merkuri dapat melebihi 40.000.

MPC-nya untuk reservoir diambil tidak lebih dari 0,005 mg l -1. Di perairan benua dan samudera, konsentrasi merkuri kira-kira 1 µg kg-1. Kandungan sebenarnya merkuri di perairan sungai negara-negara industri melebihi batas maksimum yang diperbolehkan sebanyak 2-4 kali lipat, dan kandungannya di jaringan ikan seringkali 100-200 kali lebih tinggi dibandingkan di perairan alami. Dalam jaringan seperti tuna, konsentrasinya bisa mencapai 120 µg kg-1.

Dosis garam merkuri yang mematikan bagi manusia adalah 0,5 g.

penyakit Minamata. Di Jepang, penyakit Minamata diamati dua kali - pada tahun 1953 di Teluk Minamata, pada tahun 1965 di daerah Niigata. Pada bulan Desember 1953, warga Minamata menyaksikan fenomena mengerikan. Banyak kucing, anjing, dan bahkan burung mati di jalan karena kejang-kejang. Beberapa kucing yang panik berlari ke dalam air - perilaku yang tidak biasa bagi hewan yang dikenal karena ketakutannya terhadap hidrofobia. Dan beberapa minggu kemudian, warganya sendiri mulai menderita penyakit yang tidak diketahui namanya, yang kemudian diberi nama “penyakit Minamata”. Pada penyakit tahap pertama, pasien merasakan mati rasa pada bibir dan anggota badan. Kemudian gangguan penglihatan (penyempitan bidang penglihatan), fungsi pendengaran dan bicara dimulai (ucapan menjadi sulit, dan frasa menjadi semakin tidak koheren). Gaya berjalan pasien menjadi tidak menentu dan tidak stabil, seperti orang mabuk. Tanda-tanda gangguan jiwa dan demensia muncul. Kematian terjadi cukup cepat - setelah beberapa hari kejang, atau beberapa waktu kemudian - akibat komplikasi di paru-paru.

Awalnya penyakit ini diasumsikan disebabkan oleh virus yang tidak diketahui. Analisis gambaran klinis menunjukkan bahwa penyakit tersebut disebabkan oleh keracunan merkuri. Kata “merkuri” pertama kali digunakan pada bulan Juli 1959.

Munculnya penyakit serupa pada tahun 1965 di daerah Niigata, yang terletak jauh dari Minamata, memberikan bukti lebih lanjut tentang kemampuan metilmerkuri menyebabkan penyakit ini. 5 orang dari 30 orang yang sakit parah meninggal. Mereka semua memakan ikan yang ditangkap di Sungai Agano. Dan air limbah dari perusahaan lain yang mensintesis asetaldehida masuk ke dalamnya. Tanaman ini milik perusahaan kuat Jepang Showa Denko.

Baru pada bulan September 1968 Menteri Kesehatan Jepang secara resmi menyatakan bahwa penyebab penyakit Minamata adalah air limbah dari pabrik Chisso (Ramad, 1981; Erhard, 1984)

Merkuri anorganik digunakan sebagai katalis untuk produksi asetaldehida dan vinil klorida di pabrik Chisso Company Ltd. Selama satu dekade, baik merkuri maupun metilmerkuri secara tidak sengaja dibuang ke Teluk Minamata, yang terhubung dengan Laut Yatsushiro antar pulau, yang hanya memiliki sedikit hubungan dengan Samudra Pasifik di ujung Pulau Kyushi di bagian barat Jepang.

Pada tahun 1987, pemerintah mengakui 1.742 pasien sebagai korban penyakit Minamata, dengan kemungkinan jumlah korban diperkirakan mencapai 5.000 orang.

Pada tahun 1984, pemerintah Jepang mulai memompa tanah yang terkontaminasi ke kawasan khusus di dalam Teluk Minamata. Total volume tanah yang akan dinetralkan adalah 582.000 m3. Total biaya pekerjaan ini diperkirakan mencapai $500 juta. Pada tahun 2011, penghapusan merkuri secara menyeluruh direncanakan (Zilov, 2006).

Kadmium. Di alam, kadmium biasanya berasosiasi dengan seng dan pemisahannya tidak menguntungkan secara ekonomi.

Kadmium banyak digunakan dalam industri elektronik, produksi plastik, pewarna, dan pelarut. Penggunaannya yang paling terkenal adalah pada baterai nikel-kadmium.

Di lingkungan, kadmium hadir sebagai ion divalen, diendapkan sebagai karbonat:

Cd 2+ + CO 3 2- = CdCO 3 ↓

Dalam lingkungan asam, ion kadmium dilepaskan:

CdCO 3 + 2H + = Cd 2+ + CO 2 + H2O

Sumber antropogenik utama kadmium yang masuk ke lingkungan meliputi perusahaan pertambangan dan metalurgi, serta air limbah. Merokok melepaskan 6–11 ton kadmium ke lingkungan setiap tahunnya (Gadaskina, 1988).

Secara total, perairan Samudra Dunia mengandung sekitar 140 Mt kadmium dengan konsentrasi rata-rata 0,1 μg l –1. Kadmium terakumulasi oleh hewan air tetapi tidak terkonsentrasi dalam rantai makanan (Israel, 1989).

Kadmium adalah salah satu racun yang paling berbahaya. Toksisitas kadmium disebabkan oleh kesamaan sifat kimianya dengan seng. Pada saat yang sama, ia mengikat belerang lebih erat daripada seng dan, oleh karena itu, menggantikan seng dari banyak enzim yang digunakan sebagai kofaktor. Secara alami, enzim-enzim ini berhenti berfungsi. Dosis 30-40 mg bisa mematikan.

Kadmium masuk ke dalam tubuh manusia terutama melalui makanan nabati. Setelah diserap, jumlah kadmium yang dikeluarkan dari tubuh manusia sangat lambat (0,1% hari-1). Gejala awal keracunan kadmium adalah kerusakan pada ginjal, sistem saraf, dan alat kelamin. Kemudian terjadi nyeri tulang akut pada punggung dan tungkai, serta fungsi paru terganggu (Garin et al., 2001).

Penyakit Itai-itai. Penyakit ini berhubungan dengan kadmium, meskipun hubungan kadmium anorganik dengan penyakit ini tidak sejelas penyakit Minamata. Namun, kadmium diketahui sebagai faktor utama penyebab penyakit ini. Berkat aktivitas perusahaan Mitsui yang menambang dan memproduksi seng, timah, perak dan emas, kadmium telah dilepaskan ke perairan sungai sejak tahun 1920-an. Jintsu di Jepang tengah. Perairan ini kemudian dimanfaatkan untuk persawahan. Kadmium terkonsentrasi pada butiran beras. Para petani telah mengonsumsi beras yang mengandung kadmium selama beberapa dekade. Kadmium menyebabkan disfungsi tubulus ginjal, osteomalacia dan osteoporosis. Gejala yang paling khas dari penyakit ini adalah nyeri akut pada tulang, yang dinyatakan dalam nama penyakit “itai-itai” dalam bahasa Jepang sesuai dengan bahasa Inggris “aduh-aduh” atau dalam bahasa Rusia “ah, sakit!” Meskipun terdapat sejumlah besar korban pada periode 1920 hingga 1950, penyakit ini baru mendapat pengakuan resmi pada tahun 1967. Jumlah korban yang meninggal akibat penyakit ini adalah 396 (305 perempuan dan 91 laki-laki) per tahun. 1.426 peternakan di area yang terkontaminasi.

Remediasi sekitar 50% tanah (200 ha) dilakukan dengan pembajakan dalam pada tahun 1991. 30 cm bagian atas tanah, terutama yang sangat terkontaminasi kadmium, dipindahkan ke bawah. Kadmium dari sedimen dasar sungai. Jinzu terus menyebar ke seluruh ladang di sekitarnya saat banjir (Zilov, 2006).

Salah satu polusi kimia yang paling kuat dan umum adalah polusi logam berat.

Logam berat adalah unsur dalam tabel periodik unsur kimia, dengan berat molekul lebih dari 50 unit atom. Kelompok unsur ini terlibat aktif dalam proses biologis, menjadi bagian dari banyak enzim. Kelompok “logam berat” sebagian besar sama dengan kelompok unsur mikro. Di sisi lain, logam berat dan senyawanya mempunyai efek berbahaya bagi tubuh. Ini termasuk: timbal, seng, kadmium, merkuri, molibdenum, kromium, mangan, nikel, timah, kobalt, titanium, tembaga, vanadium.

Logam berat, yang masuk ke dalam tubuh, tetap di sana selamanya; mereka hanya dapat dihilangkan dengan bantuan protein susu. Setelah mencapai konsentrasi tertentu di dalam tubuh, mereka memulai efek destruktifnya - menyebabkan keracunan dan mutasi. Selain fakta bahwa mereka sendiri meracuni tubuh manusia, mereka juga menyumbatnya secara mekanis - ion logam berat mengendap di dinding sistem terbaik tubuh dan menyumbat saluran ginjal dan hati, sehingga mengurangi kapasitas filtrasi organ-organ ini. Oleh karena itu, hal ini menyebabkan penumpukan racun dan produk limbah sel-sel tubuh kita, yaitu. meracuni diri sendiri pada tubuh, karena Hatilah yang bertanggung jawab untuk memproses zat beracun yang masuk ke dalam tubuh kita dan produk limbah tubuh, dan ginjal bertanggung jawab untuk mengeluarkannya dari tubuh.

Sumber logam berat dibedakan menjadi alami(pelapukan batuan dan mineral, proses erosi, aktivitas gunung berapi) dan buatan manusia(ekstraksi dan pengolahan mineral, pembakaran bahan bakar, lalu lintas, kegiatan pertanian).

Beberapa emisi buatan manusia yang memasuki lingkungan alam dalam bentuk aerosol halus diangkut dalam jarak yang cukup jauh dan menyebabkan polusi global.

Sebagian lainnya masuk ke dalam reservoir tanpa saluran, tempat logam berat terakumulasi dan menjadi sumber pencemaran sekunder, yaitu limbah. pembentukan polutan berbahaya selama proses fisik dan kimia yang terjadi langsung di lingkungan (misalnya, pembentukan polutan tidak beracun).

Logam berat biasanya masuk ke badan air bersama dengan air limbah dari perusahaan pertambangan dan metalurgi, serta perusahaan industri kimia dan ringan, di mana senyawanya digunakan dalam berbagai proses teknologi. Misalnya, banyak garam kromium yang dihasilkan dari pabrik penyamakan kulit; kromium dan nikel digunakan untuk pelapisan listrik pada permukaan produk logam. Senyawa tembaga, seng, kobalt, titanium digunakan sebagai pewarna, dll.

Kemungkinan sumber pencemaran biosfer dengan logam berat meliputi: perusahaan metalurgi besi dan non-besi (emisi aerosol, teknik mesin (pelapisan bak tembaga, pelapisan nikel, pelapisan krom), pabrik pengolahan baterai, transportasi jalan raya.

Selain sumber pencemaran lingkungan oleh logam berat yang bersifat antropogenik, ada juga sumber alami lainnya, seperti letusan gunung berapi. Semua sumber pencemaran tersebut menyebabkan peningkatan kandungan pencemar logam di biosfer atau komponennya (udara, air, tanah, organisme hidup) dibandingkan dengan tingkat latar belakang alami.

Periode penghilangan setengah atau penghilangan setengah dari konsentrasi awal adalah waktu yang lama: untuk seng - dari 70 hingga 510 tahun, untuk kadmium - dari 13 hingga 110 tahun, untuk tembaga - dari 310 hingga 1500 tahun dan untuk timbal - dari 740 hingga 5900 tahun.

Logam berat mempunyai kemampuan yang tinggi dalam berbagai reaksi kimia, fisikokimia dan biologi. Banyak dari mereka memiliki valensi variabel dan berpartisipasi dalam proses redoks.

Bahan beracun berikut biasanya ditemukan di badan air: merkuri, timbal, kadmium, timah, seng, mangan, nikel, meskipun logam berat lainnya diketahui memiliki toksisitas tinggi - kobalt, perak, emas, uranium, dan lain-lain. Secara umum, toksisitas yang tinggi terhadap makhluk hidup merupakan ciri khas senyawa dan ion logam berat.

Di antara logam berat, ada pula yang sangat diperlukan untuk menunjang kehidupan manusia dan organisme hidup lainnya dan termasuk dalam unsur biogenik. Yang lain menyebabkan efek sebaliknya dan, ketika mereka memasuki organisme hidup, menyebabkan keracunan atau kematian. Logam-logam ini termasuk dalam golongan xenobiotik, yaitu asing bagi makhluk hidup. Di antara logam beracun, kelompok prioritas telah diidentifikasi: kadmium, tembaga, arsenik, nikel, merkuri, timbal, seng dan kromium sebagai yang paling berbahaya bagi kesehatan manusia dan hewan. Dari ketiganya, merkuri, timbal dan kadmium adalah yang paling beracun.

Efek toksik logam berat pada tubuh diperkuat oleh fakta bahwa banyak logam berat menunjukkan sifat pembentuk kompleks yang nyata. Jadi, dalam media berair, ion-ion logam ini terhidrasi dan mampu membentuk berbagai kompleks hidrokso, yang komposisinya bergantung pada keasaman larutan. Jika ada anion atau molekul senyawa organik dalam larutan, maka ion logam berat akan membentuk berbagai kompleks dengan struktur dan stabilitas yang berbeda.

Misalnya, merkuri dengan mudah membentuk senyawa dan kompleks dengan zat organik dalam larutan dan di dalam tubuh, diserap dengan baik oleh organisme dari air dan ditularkan melalui rantai makanan. Menurut kelas bahayanya, merkuri termasuk dalam kelas satu (bahan kimia yang sangat berbahaya). Merkuri bereaksi dengan molekul protein gugus SH, di antaranya adalah enzim-enzim yang penting bagi tubuh. Merkuri juga bereaksi dengan gugus protein - COOH dan NH 2 membentuk kompleks kuat - metaloprotein. Dan ion merkuri yang bersirkulasi dalam darah, yang berasal dari paru-paru, juga membentuk senyawa dengan molekul protein. Gangguan fungsi normal protein enzim menyebabkan gangguan besar pada tubuh, dan terutama pada sistem saraf pusat, serta pada ginjal.

Pelepasan merkuri ke dalam air sangat berbahaya, karena aktivitas mikroorganisme yang menghuni dasar perairan menghasilkan senyawa merkuri organik beracun yang larut dalam air, yang jauh lebih beracun daripada senyawa anorganik. Mikroorganisme yang hidup di sana mengubahnya menjadi dimetilmerkuri (CH 3) 2 Hg, yang merupakan salah satu zat paling beracun. Dimetilmerkuri kemudian dengan mudah diubah menjadi kation HgCH 3+ yang larut dalam air. Kedua zat tersebut diserap oleh organisme akuatik dan masuk ke rantai makanan; pertama mereka terakumulasi pada tumbuhan dan organisme kecil, kemudian pada ikan. Merkuri termetilasi dihilangkan dari tubuh dengan sangat lambat—berbulan-bulan pada manusia dan bertahun-tahun pada ikan.

Logam berat menembus organisme hidup terutama melalui air (kecuali merkuri, yang uapnya sangat berbahaya). Begitu berada di dalam tubuh, logam berat seringkali tidak mengalami transformasi yang signifikan, seperti yang terjadi pada racun organik, dan, setelah memasuki siklus biokimia, mereka meninggalkannya dengan sangat lambat.

Indikator kualitas habitat yang paling penting adalah tingkat kemurnian air permukaan. Logam beracun, begitu berada di reservoir atau sungai, didistribusikan ke seluruh komponen ekosistem perairan tersebut. Namun, tidak semua logam dalam jumlah besar menyebabkan gangguan ekosistem.

Saat menilai kemampuan suatu ekosistem untuk melawan efek racun eksternal, biasanya kita membicarakan tentang kapasitas penyangga ekosistem. Dengan demikian, kapasitas penyangga ekosistem air tawar dalam kaitannya dengan logam berat dipahami sebagai sejumlah logam beracun, yang pasokannya tidak secara signifikan mengganggu fungsi alami seluruh ekosistem yang diteliti.

Dalam hal ini, logam beracun itu sendiri didistribusikan ke dalam komponen-komponen berikut:

Logam dalam bentuk terlarut;

Diserap dan diakumulasikan oleh fitoplankton, yaitu mikroorganisme tumbuhan;

Tertahan oleh sedimen dasar sebagai akibat sedimentasi partikel organik dan mineral yang tersuspensi dari lingkungan perairan;

Teradsorpsi pada permukaan sedimen dasar langsung dari lingkungan perairan dalam bentuk larut;

Ditemukan dalam bentuk teradsorpsi pada partikel tersuspensi.

Selain akumulasi logam akibat adsorpsi dan sedimentasi selanjutnya, proses lain terjadi di air permukaan yang mencerminkan ketahanan ekosistem terhadap efek racun dari polutan tersebut. Yang paling penting adalah pengikatan ion logam di lingkungan berair dengan zat organik terlarut. Dalam hal ini, konsentrasi total racun dalam air tidak berubah. Namun, secara umum diterima bahwa ion logam terhidrasi adalah yang paling beracun, sedangkan ion logam yang terikat dalam kompleks kurang berbahaya atau bahkan hampir tidak berbahaya. Studi khusus menunjukkan bahwa tidak ada hubungan yang jelas antara konsentrasi total logam beracun di permukaan air alami dan toksisitasnya.

Perairan permukaan yang berbeda mengikat ion logam berat dengan cara yang berbeda, sehingga menunjukkan kapasitas penyangga yang berbeda. Perairan danau, sungai, dan waduk bagian selatan, yang memiliki sejumlah besar komponen alami (zat humat, asam humat, dan asam fulvat) dan konsentrasinya yang tinggi, mampu melakukan detoksifikasi alami yang lebih efektif dibandingkan dengan perairan waduk di Utara. dan zona beriklim sedang. Oleh karena itu, toksisitas perairan yang mengandung polutan juga bergantung pada kondisi iklim zona alaminya. Perlu dicatat bahwa kapasitas penyangga air permukaan dalam kaitannya dengan logam beracun ditentukan tidak hanya oleh keberadaan bahan organik terlarut dan bahan tersuspensi, tetapi juga oleh kemampuan akumulasi hidrobion, serta kinetika penyerapan ion logam. oleh seluruh komponen ekosistem, termasuk kompleksasi dengan zat organik terlarut. Semua ini menunjukkan kompleksitas proses yang terjadi di permukaan air ketika polutan logam masuk ke dalamnya.

Sedangkan untuk timbal, setengah dari jumlah total racun ini masuk ke lingkungan akibat pembakaran bensin bertimbal. Dalam sistem perairan, timbal terutama terikat melalui adsorpsi dengan partikel tersuspensi atau dalam bentuk kompleks larut dengan asam humat. Ketika dibiometilasi, seperti halnya merkuri, timbal pada akhirnya membentuk timbal tetrametil. Pada perairan permukaan yang tidak tercemar, kandungan timbal biasanya tidak melebihi 3 µg/l. Sungai-sungai di kawasan industri memiliki kadar timbal yang lebih tinggi. Salju dapat mengakumulasi racun ini hingga tingkat yang signifikan: di sekitar kota-kota besar, kandungannya dapat mencapai hampir 1 juta μg/l, dan pada jarak tertentu dari ~1-100 μg/l.

Tumbuhan air mengakumulasi timbal dengan baik, tetapi dengan cara yang berbeda. Terkadang fitoplankton menahannya dengan faktor konsentrasi hingga 105, seperti halnya merkuri. Timbal terakumulasi sedikit pada ikan, sehingga relatif tidak terlalu berbahaya bagi manusia dalam mata rantai rantai trofik ini. Senyawa termetilasi relatif jarang ditemukan pada ikan dalam kondisi air normal. Di wilayah dengan emisi industri, akumulasi timbal tetrametil dalam jaringan ikan terjadi secara efisien dan cepat - paparan timbal akut dan kronis terjadi pada tingkat kontaminasi 0,1-0,5 μg/l. Di dalam tubuh manusia, timbal dapat terakumulasi di kerangka, menggantikan kalsium.

Polutan penting lainnya pada badan air adalah kadmium. Sifat kimia logam ini mirip dengan seng. Ini dapat menggantikan pusat aktif enzim yang mengandung logam, yang menyebabkan gangguan tajam pada fungsi proses enzimatik.

Kadmium umumnya kurang beracun bagi tanaman dibandingkan metilmerkuri dan memiliki toksisitas yang sebanding dengan timbal. Ketika kandungan kadmium ~0,2-1 mg/l, fotosintesis dan pertumbuhan tanaman melambat. Efek yang tercatat berikut ini menarik: toksisitas kadmium berkurang secara nyata dengan adanya sejumlah seng, yang sekali lagi menegaskan asumsi bahwa ion-ion logam ini dapat bersaing di dalam tubuh untuk berpartisipasi dalam proses enzimatik.

Dalam sistem berair, kadmium berikatan dengan zat organik terlarut, terutama jika terdapat gugus sulfhidril SH dalam strukturnya. Kadmium juga membentuk kompleks dengan asam amino, polisakarida, dan asam humat. Seperti halnya merkuri dan logam berat lainnya, adsorpsi ion kadmium oleh sedimen dasar sangat bergantung pada keasaman lingkungan. Dalam lingkungan berair netral, ion kadmium bebas hampir seluruhnya diserap oleh partikel sedimen dasar.

Untuk memantau kualitas air permukaan, telah diciptakan berbagai layanan observasi hidrobiologi. Mereka memantau keadaan pencemaran ekosistem perairan di bawah pengaruh pengaruh antropogenik.

PERTANYAAN UJI UNTUK MODUL 3

1. Apa yang menentukan peran Lautan Dunia sebagai penghubung utama dalam biosfer?

2. Mendeskripsikan komposisi hidrosfer.

3. Bagaimana hidrosfer berinteraksi dengan cangkang bumi lainnya?

4. Apa pentingnya larutan air bagi organisme hidup?

5. Sebutkan unsur-unsur kimia yang paling umum di hidrosfer.

6. Dalam satuan apa salinitas air laut diukur?

7. Prinsip apa yang mendasari klasifikasi perairan alami?

8. Komposisi kimia perairan alami.

9. Surfaktan di badan air.

10. Komposisi isotop air.

11. Pengaruh hujan asam terhadap objek hidrosfer.