Значение воды для живых организмов

Находящиеся на территории ЗАТО г. Озерск, озера Иртяш, Большая Нанога и Малая Нанога входят в Иртяшско-Каслинскую систему озер. Единственным питьевым источником г. Озерска является озеро Иртяш, непосредственно связанное с озером Большая Нанога. Оно нижнее в цепочке озер Иртяшско-Каслинской системы, что существенно влияет на химический состав воды. Особенно заметно влияние озера Б. Нанога. Изменение качества воды оз. Б. Нанога влечет за собой изменение воды озера Иртяш.

Химический состав озёр Большая Нанога и Иртяш за последние 30 лет ухудшился, а озера Малая Нанога – остался без изменений. Ещё 30 лет назад химический состав озёр Б. Нанога и М. Нанога был почти идентичен, теперь видно, что в воде озера Б. Нанога концентрации: фосфат – иона в 48,5 раз Сульфат – иона в 33, 4 раза, хлорид – иона в 2,9 раза, азота аммонийного в 3, 47 раза выше, чем в воде озера М. Нанога. А когда количество содержащихся в ней инородных веществ, особенно тех, которые оказывают неблагоприятное влияние на человека, животных и растения, достигает критических значений, вода из блага превращается в зло. В настоящее время озеро Б. Нанога утратило своё значение, как рыбохозяйственный и питьевой водоём. Качество воды в нём не удовлетворяет требованиям даже предъявляемым к водоёмам культурно – бытового назначения.

Ухудшение качества воды связано с антропогенным фактором. С каждым годом увеличивается количество садов в водоохранной зоне озера. С ливневыми и талыми стоками в озеро поступают биогенные вещества, фосфаты, азотсодержащие вещества. В результате происходит массовое размножение фитопланктона, в первую очередь сине – зелёных, зелёных и красных водорослей, а также интенсивное развитие высших водорослей, что приводит к снижению содержания кислорода в воде.

Вода, окись водорода, H20, простейшее устойчивое в обычных условиях химическое соединение водорода с кислородом (11,19% водорода и 88,81% кислорода по массе), молекулярная масса 18,0160; бесцветная жидкость без запаха и вкуса (в толстых слоях имеет голубоватый цвет). Воде принадлежит важнейшая роль в геологической истории Земли и возникновении жизни, в формировании физической и химической среды, климата и погоды на нашей планете. Без воды невозможно существование живых организмов. Вода — обязательный компонент практически всех технологических процессов — как сельскохозяйственного, так и промышленного производства.

Вода – важнейший компонент всех экосистем, причем не только водных, но и наземных, поэтому наличие воды – непременное условие поддержания экологического равновесия и биоразнообразия как в водных объектах, так и на суше.

Вода является важным компонентом живой материи. В организме взрослого животного ее содержание составляет примерно 55-65%, а у новорожденных – 70-80%. Вода, как универсальный растворитель, образует дисперсные, молекулярнодисперсные и коллоиднодисперсные растворы (золи и гели в тканях). Эти свойства воды объясняются дипольным строением ее молекулы, а следовательно, высоким значением диэлектрической постоянной. Вода является не только средой для протекания различных химических реакций, но и сама участвует в реакциях гидролиза, гидратации и дегидратации, окисления и в некоторых синтетических процессах. От содержания воды в тканях зависит скорость гидролитических реакций в них.

Вода обладает высокой теплоемкостью и теплопроводностью, благодаря чему она активна в терморегуляции животного организма. Вода, обладая хорошей текучестью, способна быстро перемещаться в организме; смачивая трущиеся поверхности в тканях, она способствует улучшению скольжения в суставах и других подвижных участках организма.

Уникальность и ценность воды постоянно подвергается проверке. Человечество жестоко атакует воду и она, проявляя свое настроение, меняет все на земле, в виде циклонов, града, туманов, штормов, ураганов, тайфунов. Количество природных катаклизмов ежегодно возрастает. За последние 30 лет по их причине погибло 4 млн. Человек, а пострадало около 4 млрд.

Биогеохимические свойства тяжелых металлов

Тяжелые металлы - это элементы периодической системы с относительной молекулярной массой больше 40. Так сложилось, что термины "тяжелые металлы" и "токсичные металлы" стали синонимами. На сегодняшний день безоговорочно к числу токсичных относят кадмий, ртуть, свинец, сурьму. Деятельность значительной части остальных в живых организмах можно оценить только на "отлично". Действительно, металлы в ионной форме входят в состав витаминов, гормонов, регулируют активность ферментов. Установлено, что для белкового, углеводного и жирового обмена веществ необходимы Mo, Fe, V, Co, W, B, Mn, Zn; в синтезе белков участвуют Mg, Fe, Cu, Zn, Mn, Co; в кроветворении - Co, Cu, Mn, Ni, Zn; в дыхании - Mg, Fe, Cu, Zn, Mn, Co. Справедливо утверждение о том, что нет вредных веществ, есть вредные концентрации. Поэтому ионы меди, кобальта или даже хрома, если их содержание в живом организме не превышает естественного, можно именовать микроэлементами, если же они генеалогически связаны с заводской трубой, то это уже тяжелые металлы. Тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий, цинк, медь, мышьяк,) относятся к числу распространенных и весьма токсичных загрязняющих веществ. Они широко применяются в различных промышленных производствах, поэтому, несмотря на очистные мероприятия, содержание соединения тяжелых металлов в промышленных сточных водах довольно высокое. Большие массы этих соединений поступают в океан через атмосферу. Для морских биоценозов наиболее опасны ртуть, свинец и кадмий. Ртуть переносится в океан с материковым стоком и через атмосферу.

Согласно одной классификации, к группе тяжелых металлов принадлежит более 40 элементов с высокой относительной атомной массой и относительной плотностью больше 6. По другой классификации, в эту группу включают цветные металлы с плотностью большей, чем у железа (свинец, медь, цинк, никель, кадмий, кобальт, олово, сурьма, висмут, ртуть).

Согласно сведениям, представленным в "Справочнике по элементарной химии" под ред. А. Т. Пилипенко (1977), к тяжелым металлам отнесены элементы, плотность которых более 5 г/см3. Если исходить их этого показателя, тяжелыми следует считать 43 из 84 металлов Периодической системы элементов. Среди этих 43 металлов 10 обладают наряду с металлическими свойствами признаками неметаллов (представители главных подгрупп VI, V, IV, III групп Периодической системы, являющиеся р-элементами), поэтому более строгим был бы термин "тяжелые элементы", но в данной публикации мы будем пользоваться общепринятым в литературе термином "тяжелые металлы".

Таким образом, к тяжелым металлам относят более 40 химических элементов с относительной плотностью более 6. Число же опасных загрязнителей, если учитывать токсичность, стойкость и способность накапливаться во внешней среде, а также масштабы распространения указанных металлов, значительно меньше.

Прежде всего представляют интерес те металлы, которые наиболее широко и в значительных объемах используются в производственной деятельности и в результате накопления во внешней среде представляют серьезную опасность с точки зрения их биологической активности и токсических свойств. К ним относят свинец, кадмий, цинк, кобальт, никель, медь, марганец.

В водных средах металлы присутствуют в трех формах: взвешенные частицы, коллоидные частицы и растворенные соединения. Последние представлены свободными ионами и растворимыми комплексными соединениями с органическими (гуминовые и фульвокислоты) и неорганическими (галогениды, сульфаты, фосфаты, карбонаты) лигандами. Большое влияние на содержание этих элементов в воде оказывает гидролиз, во многом определяющий форму нахождения элемента в водных средах. Значительная часть тяжелых металлов переносится поверхностными водами во взвешенном состоянии.

Сорбция тяжелых металлов донными отложениями зависит от особенностей состава последних и содержания органических веществ. В конечном итоге тяжелые металлы в водных экосистемах концентрируются в донных отложениях и биоте.

Материал и методика

Исследованию на содержание тяжелых металлов подвергались образцы воды озера и двух видов рыб, обитающих в нем: окунь и сиг. В лаборатории УГАВМ определялись содержание: меди, железа, кобальта, никеля, свинца, цинка, кадмия, марганца, магния.

Оказалось, что в воде озера для ряда элементов выражено превышение ПДК: меди в 56 раз, цинка в 16 раз, никеля в 4 раза и марганца в 2 раза, содержание железа было на верхнем уровне ПДК.

Результаты исследования девяти тяжелых металлов в тканях рыб, обитающих в озере Большая Нанага, свидетельствует о том, что их уровень в большинстве своем не превышает ПДК.

При системном подходе к этим результатам установлено, что организм рыб образует двух эшелонную пирамиду.

На первом уровне ее находится две подсистемы, в первой из которых содержалось три элемента. Ее активизация вызвана изменение содержания в тканях рыб железа, итогом деятельности подсистемы было существенное снижение кобальта.

В подсистеме второго порядка содержалось три элемента. Активизация происходила вследствие изменения содержания в тканях рыб цинка, итогом деятельности было стремление к снижению кадмия.

Содержание свинца, никеля и марганца в тканях рыб было настолько значительным, что их организм не может управлять их количеством и они находятся вне подсистем.

На втором эшелоне организмом рыб была образована одна подсистема. Элементом ее активизации являлось железо, итогом деятельности – достоверное снижение цинка.

Вне подсистемы, ввиду отсутствия управляющих механизмов оказался кадмий.

Таким образом, если состояние воды свидетельствует о значительном превышении ПДК четырех элементов из девяти (медь, цинк, никель и марганец), в организме рыб также четырех, но, несколько иных (кадмий, свинец, никель марганец), хотя ПДК для тканей рыб не превышало норму.