Гидросфера является колоссальным вместилищем, резервуаром органического вещества. Во всех типах природных вод суши и в океане действуют механизмы их самоочищения, заключающейся в размножении органического вещества фотохимическим и биохимическим путями.
Под загрязнением водных ресурсов понимают любые изменения физических, химических и биологических свойств воды в водоемах в связи со сбрасыванием в них жидких, твердых и газообразных веществ, которые причиняют или могут создать неудобства, делая воду данных водоемов опасной для использования, нанося ущерб народному хозяйству, здоровью и безопасности населения.
Для человека имеет значение, во-первых, непосредственный контакт с пресной (поверхностной, подземной) и морской водой, во-вторых – с пищевыми биоресурсами, добываемыми в пресной и морской воде (рыба, моллюски, морские растения).
Хозяйственная деятельность может иметь самые разные последствия, которые проявляются в неожиданных местах. Так, содержание фосфатов в морской воде средних широт является лимитирующим фактором, определяющим развитие планктона и в целом продуктивность сообществ. Доказано, что увеличение численности промысловых рыб в Балтийском море в ХХ веке было напрямую связано с массовым внедрением минеральных удобрений (неизбежно сопровождаемым их смывом с грунтовыми водами в реки). Такое явление в экологии получило название «эвтрофикация».
Пестициды, смываемые с полей в реки и затем – в моря, впоследствии накапливаются в печени рыб, в том числе имеющих промысловое значение. Например, несколько десятилетий назад было прекращено использование в сельском хозяйстве сильнейшего ядохимиката ДДТ (дихлордифенилтрихлорметилметана), но следы этого вещества до сих пор обнаруживаются в печени промысловых рыб Балтики.
Измеряемое содержание таких супертоксикантов в тканях предельно мало, но этого достаточно, чтобы судить о динамике экологической ситуации морей и прибрежных территорий. Такой метод получил название «биоиндикация».
Опасным загрязнителем является фенол. Он содержится в сточных водах многих нефтехимических предприятий. При этом резко замедляются биологические процессы в водоемах, тормозится процесс самоочищения, вода приобретает специфический запах карболки.
На жизнь водоемов пагубно влияют сточные воды целлюлозно-бумажной промышленности. Окисление древесной массы идет с поглощением большого количества кислорода, что приводит к гибели икры, мальков и взрослых рыб. Смолы и другие экстрактивные продукты также поглощают много кислорода при разложении. Нерастворимые волокна засоряют воду и ухудшают ее физико-химические свойства. Из гниющей древесины и коры выделяются в воду различные дубильные вещества.
Вода является одним из источников поступления в пищу (и соответственно, в организм), ионов тяжелых металлов, самыми токсичными из которых являются ртуть и кадмий. Общее свойство всех тяжелых металлов – способность накапливаться в организме, что означает кумулятивное действие на здоровье. Каждый из элементов имеет свой спектр действия на организм.
Так, ионы свинца соединяются с функциональными группами ферментов и некоторых других жизненно важных белковых соединений. Соединения свинца вызывают нарушение функций центральной и периферической нервной системы. Около 90 % ионов свинца, поступивших в кровь, связываются эритроцитами. Кроме того, свинец является конкурентом важного для организма кальция (который участвует в поддержании ионного баланса, координирует работу сердечной мышцы, обеспечивает прочность скелета), происходит вытеснение кальция из организма.
Хром угнетает тканевое дыхание, приводит к подавлению энергетического обмена в клетках. Независимо от способа поступления в организм, хром аккумулируется на длительный срок в печени, почках, селезенке, костях, костном мозге и легких.
Ионы меди способны образовывать устойчивые комплексы с биологически активными веществами. Всасывание соединений меди из желудка в кровь происходит медленно. После всасывания соединений меди в кровь они действуют на капилляры, вызывают гемолиз. Избыточное поступление меди в организм проявляется также в почечной недостаточности, гастроэнтерите, лихорадке, судорогах.
Никель в организме выступает как конкурент меди: он тоже способен образовывать комплексные соединения, вытесняя медь (которая в микроколичествах входит в состав некоторых белков) из естественных биологических процессов. Повышенное содержание никеля оказывает специфическое воздействие на эндотелий сосудов в особенности мозга и надпочечников, где возникают множественные кровоизлияния.
Избыточное поступление железа может вызывать гастроэнтерит, а нарушение его обмена, сопровождающееся избыточным содержанием в крови свободного железа, – появление отложений солей железа, развитие гемосидероза, гемохроматоза.
Избыток кобальта может вызвать кардиомиопатию, оказывает эмбриотоксическое действие (вплоть до внутриутробной гибели плода).
Марганец накапливается в паренхиматозных органах, проникает к подкорковым структурам головного мозга, поэтому его относят к агрессивным нейротропным ядам хронического действия.
Изменение содержания микроэлементов в почве и воде немедленно сказывается на здоровье травоядных животных и, как следствие, человека. Это приводит к нарушению обмена веществ, вызывая различные эндемические заболевания местного характера. Например, недостаток йода в почве ведет к болезни щитовидной железы, недостаток кальция в питьевой воде и продуктах питания – к поражению суставов, их деформации, задержке роста.
Загрязнение почвы пестицидами, ионами тяжелых металлов приводит к загрязнению сельскохозяйственных культур и, соответственно, пищевых продуктов на их основе.
Так, если зерновые культуры выращивают с высоким естественным содержанием селена, то сера в аминокислотах (цистеин, метионин) легко замещается селеном. Образовавшиеся «селеновые» аминокислоты могут привести к отравлению животных и человека. Недостаток молибдена в почве приводит к накоплению в растениях нитратов; в присутствии природных вторичных аминов начинается последовательность реакций, которые могут инициировать у теплокровных животных развитие раковых заболеваний
В последнее время усилился интерес к особо токсичному классу веществ – диоксинам. Эти соединения присутствуют в окружающей среде в ничтожно малых количествах, на уровне следов. Диоксины и близкие им по структуре хлорорганические соединения обладают широким спектром биологического действия на человека и животных. В малых дозах они вызывают мутагенный эффект, отличаются кумулятивной способностью, ингибирующим и индуцирующим действием по отношению к некоторым ферментам живого организма. У человека и животных они могут вызывать повышение аллергической чувствительности к различным ксенобиотикам. Их опасность очень велика даже в сравнении с тысячами других токсичных примесей. Комплексный характер действия этой группы соединений на человека и живые организмы приводит к подавлению иммунитета, поражению внутренних органов и истощению организма.
В природной среде эти суперэкотоксиканты достаточно устойчивы и могут длительное время находиться в ней практически без изменений. Для них по существу отсутствует предел токсичности (явление так называемой сверхкумуляции), а понятие ПДК для них теряет смысл (ориентировочная доза допустимого поступления диоксинов в организм человека составляет 10^–9 г/кг).
Диоксины способны накапливаться в продуктах (особенно в жирах) по мере их переработки, они не разрушаются при кулинарной (тепловой) обработке, сохраняя свое токсическое действие.
Отдельную, еще не до конца изученную опасность для человека представляют добавки, которые содержатся в большинстве пищевых продуктов: красители, ароматизаторы, усилители вкуса, антиоксиданты, консерванты, нитриты и нитраты, антибиотики т.д. Опасность состоит, во-первых, в сложном механизме их биологического действия, во-вторых – в возможных проявлениях аддитивного и синергетического эффектов.