Категория веществ, которые плохо поддаются разложению. Вода становится непригодной для использования при попадании 1 л нефти в объем воды 106 л. Нефть и нефтепродукты являются наиболее распространенными загрязняющими веществами в Мировом океане. К началу 80-х годов XX века в океан ежегодно поступало около 16 млн. т нефти, что составляло 10,23 % мировой добычи. Наибольшие потери нефти связаны с ее транспортировкой из районов добычи. Аварийные ситуации, слив за борт танкерами промывочных и балластных вод — все это обусловливает присутствие постоянных полей загрязнения на трассах морских путей. Нефтяная пленка изменяет состав спектра и интенсивность проникновения в воду света. Пропускание света тонкими пленками сырой нефти составляет от 1–10 % (280 нм) до 60–70 % (400 нм). Пленка толщиной 13–40 мкм полностью поглощает инфракрасное излучение. Смешиваясь с водой, нефть образует эмульсию двух типов: прямую «нефть в воде» и обратную «вода в нефти». В эмульсионном слое нефти вода частично препятствует газообмену между водой и воздухом. Это приводит к тому, что все живые организмы, находящиеся под нефтяной пленкой, постепенно задыхаются. При этом в клетках накапливается СО2, что ведет к ацидозу (подкислению межклеточной жидкости).
Нефть, попавшая в природную среду, подвергается микробиологическому распаду, в котором участвуют различные виды бактерий, но этот распад протекает так медленно, что в течение недель или даже месяцев нефть сохраняется на поверхности воды. За это время ее легколетучие компоненты испаряются, а оставшиеся подвергаются медленному окислению. В результате малолетучие компоненты объединяются в сгустки, которые с течением времени опускаются на дно.
Загрязнение фенолами происходят в значительно меньших размерах. Скорость распада фенолов в воде зависит как от их химического строения, так и от окружающих условий. Особую роль при этом играют УФ-излучение, микроорганизмы и концентрация кислорода в воде. Простые фенолы в аэробных условиях под действием соответствующих бактерий полностью распадаются в течение 7 дней на 96—97% исходного количества. В анаэробных условиях распад идет медленнее. Фенолы даже в небольших концентрациях ухудшают вкус воды и мяса рыб. В сильно хлорированной воде образуются хлорфенолы (токсичны, канцерогенны), которые ухудшают вкус воды еще в большей степени. Фенолы используют для дезинфекции, а также изготовления клеев и пластмасс. Кроме того, они входят в состав выхлопных газов бензиновых и дизельных двигателей, образуются при сгорании дерева и угля.
К числу продуктов, распад которых идет с трудом и длится более двух дней, относятся также хлорированные углеводороды, как, например, органические растворители с одним-двумя атомами углерода — хлорорганические пестициды. Хлоруглеводороды могут образовываться уже в самой воде, когда хлорированная вода входит в контакт с продуктами распада гумуса. Таким образом, в первую очередь образуется трихлорметан (СНС13). Устойчивость хлорсодержащих органических соединений к процессам распада повышается с увеличением содержания хлора.
Около половины из приблизительно 1 000 известных загрязнителей окружающей среды содержат хлор. Атомы хлора в молекулах загрязнителей придают им дополнительную стабильность и стойкость, способность к биоаккумуляции. В природе хлор в чистом виде практически не встречается, но, обладая высокой химической активностью, является основой для тысяч синтетических химических веществ. Многие химические вещества, содержащие хлор, представляют значительную ценность для медицины, торговли и не опасны для окружающей природной среды и здоровья. В то же время многие из хлорсодержащих веществ, включая и большинство стойких органических загрязнителей (СОЗ), чрезвычайно вредны.
Термин СОЗ относится к группе специфических химических веществ, которым присущи четыре общих, характерных для них свойства (особенности):
1) высокая токсичность, которая проявляется уже при чрезвычайно малых дозах;
2) длительная устойчивость в окружающей среде — СОЗ медленно и с трудом разрушаются под воздействием естественных природных факторов;
3) способность накапливаться в живых организмах, в конечном итоге отравляя людей и животных;
4) способность к трансграничному переносу на большие расстояния, вследствие чего СОЗ обнаруживают в тканях людей и животных, обитающих в таких регионах, где СОЗ никогда не производили и не потребляли.
Эти особенности позволили причислить СОЗ к таким глобальным экологическим проблемам, как разрушение озонового слоя атмосферы, изменение климата или нарушение биоразнообразия. В настоящее время общее число СОЗ остается неизвестным. По различным оценкам их количество варьирует от десятков до сотен веществ. В конце 90-х годов ХХ столетия, благодаря усилиям правительств, экологических организаций и специалистов, был составлен список СОЗ, состоящий из 12 наиболее токсичных веществ. Список был назван «грязной дюжиной», поскольку их влияние на окружающую среду представляет наибольшую опасность. Среди них девять хлорорганических пестицидов — алдрин, хлордан, диэлдрин, эндрин, ДДТ, гептахлор, мирекс, токсафен и гексахлорбензол; промышленные продукты — полихлорбифенилы (ПХБ) и гексахлорбензол, а также полихлорированные дибензо-пара-диоксины и дибензофураны, называемые обычно диоксинами.
Диоксины — полихлорированные полициклические соединения. Являются кумулятивными ядами и относятся к группе опасных ксенобиотиков. Диоксины — это глобальные экотоксиканты, обладающие мощным мутагенным, иммунодепрессантным, канцерогенным, тератогенным и эмбриотоксическим действием. Они слабо расщепляются и накапливаются как в организме человека, так и в биосфере всей планеты, включая воздух, воду, пищу. Величина летальной дозы для этих веществ достигает 10 −6 г на 1 кг живого веса, что существенно меньше аналогичной величины для некоторых боевых отравляющих веществ, например для зомана, зарина и табуна (порядка 10 −3 г на 1 кг живого веса). Источниками диоксинов являются следующие объекты:
• мусоросжигающие заводы, уничтожающие хлорированные отходы;
• производства пестицидов и гербицидов;
• химические и нефтеперерабатывающие предприятия;
• синтетические трансформаторные масла (совол, совтол и др., содержат также галогенированные дибензофураны).
Диоксины образуются как нежелательные примеси в результате различных химических реакций при высоких температурах и в присутствии хлора. Основные причины эмиссии диоксинов в биосферу — это, прежде всего, использование высокотемпературных технологий хлорирования и переработки хлорорганических веществ и (особенно!) сжигание отходов производства. Другой источник опасности — целлюлозно-бумажная промышленность. Отбеливание целлюлозной пульпы хлором сопровождается образованием диоксинов и ряда других опасных хлорорганических веществ. Еще один существенный источник диоксинов, широко распространенный и в быту, — сжигание твердых бытовых отходов. Наличие в уничтожаемом мусоре повсеместно распространенного полихлорвинила и других полимеров, различных соединений хлора способствует образованию в дымовых газах диоксинов.
Молекула диоксина представляет собой систему из двух бензольных колец, связанных друг с другом в двух местах при помощи кислородных атомов (О). Она так и называется — диоксиновая, — дибензо-пара-диоксиновая система — основа многочисленных соединений, составляющих целый класс диоксинов. Атомы в диоксине нумеруются, что позволяет точно передать строение диоксиновых соединений в их названии. У атомов углерода в положениях 1,2,3,4 и 6,7,8,9 имеются по одному водородному атому, однако вместо них могут находиться и другие атомы, например хлора. Исходя из строения молекулы, возможны 75 различных хлорированных диоксинов. Самым токсичным среди них является диоксин, содержащий четыре атома хлора в положениях 2, 3, 7, 8. Его полное название будет 2,3,7,8- тетрахлордибензо-пара-диоксин или, сокращенно, 2,3,7,8-ТХДД.
Галогенированные дибензофураны, ксантены, бифенилены, бифенилы, нафталины и другие относят к родственным по отношению к диоксинам соединениям. Аномально высокие токсичные свойства диоксинов связаны со строением этих соединений, с их специфическими химическими и физическими свойствами:
• не разрушаются кислотами и окислителями в отсутствии катализаторов;
• устойчивы в щелочах;
• не растворимы в воде;
• не действует термическая обработка;
• период их полураспада составляет от 10 до 20 лет;
• попадая в организм человека или животных, накапливаются и очень медленно разлагаются и выводятся из организма.
ДДТ(1,1,1-трихлор-2,2-бис(п-хлорфенил)этан по номенклатуре ИЮПАК (тривиальное название — дихлордифенилтрихлорметилметан) — инсектицид, применяемый против комаров, вредителей хлопка, соевых, бобов, арахиса. Одно из немногих действительно эффективных средств против саранчи. Запрещен для применения во многих странах из-за того, что способен накапливаться в организме животных, человека. Особенно пагубное действие оказывает на размножение птиц (накапливается в скорлупе яиц). Несмотря на это, ограниченно применялся в СССР. Однако в последнее время появился ряд сообщений о существенно преувеличенном вреде ДДТ. Существует предположение, что основной вред млекопитающим и птицам наносит не сам ДДТ, а примеси (в основном диоксины), возникающие при его промышленном производстве. ДДТ обладает высокой устойчивостью к разложению: ни критичные температуры, ни ферменты, занятые обезвреживанием чужеродных веществ, ни свет не способны оказать на процесс разложения ДДТ сколько-нибудь заметного эффекта. В результате, попадая в окружающую среду, ДДТ, так или иначе, попадает в пищевую цепь. Обращаясь в ней, ДДТ накапливается в значительных количествах сначала в растениях, затем в животных и, наконец, в человеческом организме. Таким образом, ДДТ накапливаясь в живых организмах, оказывает на них токсическое действие, по силе варьирующееся в зависимости от концентрации ДДТ в живом организме.
За последние 50 лет появилась большая группа органических соединений, которые создали дополнительную проблему, связанную с загрязнением вод: это поверхностно-активные вещества (ПАВ), или детергенты (тензиды). Эти вещества используют как моющие средства, понижающие поверхностное натяжение воды; их использование часто сопровождается пенообразованием. В химическом отношении ПАВ представляют собой органические вещества с гидрофильными и гидрофобными участками совершенно различного химического строения. Плачевный опыт их применения (массовая гибель рыб) заставил прибегнуть к использованию таких ПАВ, которые разрушаются под действием биологических факторов. Однако остался и ряд других проблем: незначительные концентрации ПАВ 0,05—0,1 мг/л в речной воде достаточны, чтобы активизировать токсичные вещества, адсорбированные на донных осадках. В связи с этим необходимо продолжать поиск тензидов биогенного происхождения, которые распадались бы быстро и по возможности полностью.
Поверхностно активные вещества (ПАВ), жиры, масла, смазочные материалы образуют на поверхности воды пленку, которая препятствует газообмену между водой и атмосферой, что снижает степень насыщенности воды кислородом. Бытовые отходы опасны не только тем, что являются источником некоторых болезней человека (брюшной тиф, дизентерия, холера), но и тем, что требуют для своего разложения много кислорода.