Įvadas
Cheminių medžiagų kiekis aplinkoje nuolatos didėja. Gaminant ir naudojant
pagamintus produktus daug įvairių cheminių junginių patenka į orą, dirvožemį ir
vandenį. Kai kurie cheminiai komponentai turi žalingą poveikį žmonėms ir gamtinėms
sistemoms. Nežiūrint to, visuomenė šiuo metu neturi pakankamai žinių apie daugelio
cheminių medžiagų poveikį žmogaus ir ekosistemų sveikatingumui. Ypač mažai žinoma
apie jų žalingo poveikio laiką, bei sukeliamus negrįžtamus efektus įvairiose ekosistemos
grandyse. Dalis aplinkosauginių problemų, tokių, kaip dirvožemio, paviršinio ir
požeminio vandens telkinių, atmosferos, užterštumas yra susijęs su silpna atliekų arba
cheminių medžiagų sandėliavimo, laikymo, panaudojimo arba emisijų kontrole. Iš kitos
pusės skiriamas nepakankamas dėmesys analizuojant cheminių medžiagų reakciją
grunte, ore ir vandenyje bei nustatant jų žalingą poveikį organizmams, nors, kai kurie
cheminiai komponentai naudojami jau daugelį metų.
Jungtinių tautų aplinkosaugos programų vyriausybinė taryba (UNEP) 1981 m
vykusioje 9 sesijoje nusprendė, kad turi būti sudarytas aplinkai pavojingų cheminių
medžiagų sąrašas. Pagrindinė sesijoje išsakyta mintis buvo ta, kad norint išsaugoti
žmogaus sveikatą, reikia saugoti ekosistemas ir organizmus. Per daugelį metų buvo
sudarytas tarptautinis potencialiai toksinių medžiagų rejestras (IRPTC), kuriame yra
nurodomas cheminių medžiagų pavojingumas, nustatytas rizikos laipsnis žmogui ir
aplinkai, gamybos apimtys, paskirstymas ir realizavimas, papildomų žalingų medžiagų
kiekio įvertinimas, cheminių komponentų transformacija, bioakumuliacija, poveikis
populiacijoms arba ekosistemoms, toksinis bei fizinis ir cheminis poveikis aplinkai
(Chemical pollution…, 1992).
Pasaulyje yra žinoma apie 11 milijonų įvairių cheminių medžiagų rūšių. 60 000
70 000 naudojama reguliariai, iš kurių 3 000 rūšių sudaro 90
%
visų naudojamų chemikalų
(Chemical pollution…, 1992). Tik apie nedaugelį iš šių medžiagų yra sukaupti
toksikologiniai duomenys bei žinomi jų ekotoksiniai efektai aplinkoje. 1993 pabaigoje
buvo surinkta ir apibendrinta patikima informacija tik apie 147 chemines medžiagas,
buvo įvertintas jų poveikis žmogui ir aplinkai. Šiuo metu tokia informacija jau turima
apie 800 cheminių medžiagų. Toksinės cheminės medžiagos yra tokie junginiai, kurie
yra natūraliai sutinkami aplinkoje, arba sukurti žmogaus ir paskleisti į aplinką. Šie
junginiai tiesiogiai arba netiesiogiai veikia žmogaus sveikatą ir aplinką, ir yra sunkiai
pašalinami iš jos. Sunkiai pašalinamos iš aplinkos toksinės medžiagos yra vadinamos
persistentiniais (stabiliaisiais) teršalais. Nežiūrint to, kad jos gamtoje veikiamos įvairių
biotinių ir abiotinių faktorių, ilgą laiką išlieka nepakitusios, plačiai pasklinda, neigiamai
veikia žmogaus sveikatą ir sukelia nepageidaujamus ekologinius efektus aplinkoje, yra
rimta aplinkosauginė problema. Persistentinių teršalų grupei priskiriami sunkieji metalai,
naftiniai angliavandeniliai, pesticidai, polichlorbifenilai, policikliniai aromatiniai junginiai
ir kt. Kai kurių persistentinių teršalų arba jų grupių tyrimai aplinkoje buvo pradėti maždaug
prieš 50 metų, pastebėjus ekotoksinį gyvsidabrio, pesticidų ir polichlorbifenilų (PCB)
poveikį gyviems organizmams. Daugiausiai sukaupta duomenų apie kiekybinę ir kokybinę
persistentinių teršalų sudėtį vandens storymėje, grunte ir gyvuose organizmuose. Tačiau
ši informacija dažniausiai sunkiai palyginama dėl analizės metodologinių skirtumų,
duomenų išsibarstymo laike bei erdvėje.
Teršalų, patenkančių į aplinką, sklaida priklauso nuo daugelio fizikinių ir
geocheminių procesų, iš kurių reikėtų paminėti tirpinimą ir tirpių komponentų išnešimą,
naujų komponentų formavimąsi, migraciją hidrosferoje, sedimentaciją vandens
telkiniuose, kaupimąsi gyvuose organizmuose, transformaciją.
Cheminių elementų migracija anot A.E Fersmano yra nulemta daugelio faktorių,
kuriuos būtų galima suskirstyti į dvi dideles grupes: 1 – vidiniai geocheminės migracijos
faktoriai susiję su pačių cheminių teršalų ir jų junginių savybėmis (pvz., cheminės
savybės, ryšiai tarp atomų, elektros krūviai ir kt.) ir 2 – išoriniai geocheminės migracijos
faktoriai susiję su aplinkos, kurioje vyksta migracija termodinaminėmis savybėmis
(temperatūra, slėgiu, migracinės terpės chemine sudėtimi, sorbcine galia ir kt.)
(Ōåšńģąķ, 1955). Šie faktoriai lemia tiek natūraliai gamtoje besikaupiančių cheminių
junginių, tiek ir dėl žmogaus ūkinės veiklos į aplinką patenkančių medžiagų
pasiskirstymą.
Šiame straipsnyje trumpai apžvelgsime kai kurių persistentinių teršalų patekimo
į aplinką kelius ir kai kuriuos migracijos bei transformacijos ypatumus.
1. Policikliniai aromatiniai angliavandeniliai (PAAV)
Aplinkos užterštumo tyrimuose PAAV skiriamas ypatingas dėmesys dėl jų
cheminio stabilumo ir didelio toksiškumo. Toksiškumas suprantamas bendrąja prasme,
nes tie patys policikliniai aromatiniai angliavandeniliai pasižymi kancerogeninėmis
savybėmis, sukelia išsigimimus, mutacijas, aktyvina arba depresiškai veikia imuninę ir
kitas sistemas. Pasaulinė sveikatos apsaugos organizacija rekomenduoja
kontroliuoti
aplinkoje šešis prioritetinius policiklinius aromatinius angliavandenilius: benz(a)pireną,
fluoranteną, 2,3benzfluoranteną, 11,12benzfluoranteną, 1,2benzperileną,
indenopireną (Šīāčķöźčé, č äš., 1988).
PAAV junginių struktūra ir fizikinės-cheminės savybės. Policiklinių aromatinių
angliavandenilių molekulė susideda iš dviejų ar daugiau benzolo žiedų ir turi tik anglies
ir vandenilio atomus. Benzolo žiedai angliavandenilių molekulėje gali būti išsidėstę
vienoje tiesėje (antracenas, tetracenas ir kt.), kampu (fenantrenas, chrizenas ir kt.)
arba klasteriais (pirenas, perilenas, benz(a)pirenas). Šiuo metu aplinkoje nustatyta
daugiau kaip 200 policiklinių aromatinių angliavandenilių rūšių. PAAV kristaliniai
junginiai su aukšta lydymosi ir virimo temperatūra. Jų tirpumas vandenyje, didėjant
molekulinei masei, mažėja ir priklauso nuo benzolo žiedų išsidėstymo molekulėje
pobūdžio (1 lentelė).
Pireno tirpumas vandenyje vidutiniškai 1000 kartų didesnis už 3,4benz(a)pireno
tirpumą. Nustatyta, kad policiklinių aromatinių angliavandenilių tirpumas didėja esant
vandenyje naftos produktams, detergentams.
1 lentelė. Fizikinė-cheminė PAAV charakteristika (pagal Šīāčķöźčé, č äš., 1988).
Table 1. Physical-chemical characteristics of polyciclic aromatic hydrocarbons
(according to Šīāķčöźčé, et al., 1988).
Patekimo į aplinką šaltiniai:
– Antropogeninis šaltinis. Daugiau kaip pusė visų policiklinių aromatinių
angliavandenilių į aplinką patenka gaminant energiją (pvz., deginant mazutą) bei su
pramonės įmonių, deginančių anglį, išmetimais. Nemažą kiekį šių teršalų į aplinką
paskleidžia transportas. M.J. Suess apskaičiavo, kad pasauliniu mastu benz(a)pireno
emisija siekia 5000 t per metus, iš kurių 73
%
tenka pramonei ir 27
%
kitiems organinės
medžiagos deginimo būdams (Suess, 1976). Degimo produktuose aptinkama didžioji
dalis policiklinių aromatinių angliavandenilių, o jų pasiskirstyme pagrindinį vaidmenį
vaidina oro masių dinamika.
– Gamtinis šaltinis. Dalis PAAV į aplinką gali patekti veržiantis vulkanams, su
požeminiu vandeniu iš naftingų struktūrų per tektoniškai aktyvias zonas ir kt. Veikiant
aukštai temperatūrai žemės gelmėse iš anglies, naftos, durpių, augalijos liekanų gali
susidaryti minėti junginiai, kurie yra identiški iš antropogeninių šaltinių patekusiems
junginiams.
1. 1. PAAV migracija ir transformacija įvairiose terpėse
Policiklinių aromatinių angliavandenilių pokyčiai atmosferoje yra susiję su
cheminėmis oksidacijos ir fotooksidacijos reakcijomis, kurioms vykstant susidarę
produktai turi stipresnių kancerogeninių ir mutageninių savybių negu pirminiai
produktai. Be cheminių procesų didelį vaidmenį vaidina fizikiniai procesai, tokie kaip:
1 – smulkių aerozolinių dalelių, turinčių savyje PAAV, koaguliacija, 2 – kondensacija,
3 – difuzija, 4 – išsiplovimas su krituliais, 5 – gravitacinis iškritimas ant žemės ar augalų
paviršiaus (Šīāčķöźčé, č äš., 1988). PAAV intensyviai sugeria ultravioletinius
spindulius (bangos ilgis 300420 nm) ir oksiduojasi. Atmosferoje šios medžiagos yra
sorbuojamos 0.12
µ
m dydžio dulkių dalelių ir gali išsilaikyti ore kelias dienas ar savaites
ir nukeliauti didelius atstumus. Atmosferoje
>
90
%
PAAV sutinkama sorbuotame būvyje.
Labai nedaug jų sutinkama dujinėje fazėje (Šīāčķöźčé č äš., 1988).
1.2. PAAV pokyčiai vandenyje
Labai svarbus PAAV pašalinimo iš vandens kelias yra biologinė destrukcija,
kurioje svarbus vaidmuo tenka mikroorganizmams. Pavyzdžiui, pagrindinis natūralus
Pasaulinio vandenyno savivalos nuo naftos produktų procesas yra susijęs su naftą
oksiduojančių bakterijų veikla. Šis procesas yra aerobinis. Daugelis mikroorganizmų
suardo aromatinį benzolo žiedą. Lembiko darbe aprašyta (Ėåģįčź,1979), kaip upės
vandenyje gyvenanti mikroflora skaido benz(a)pireną. Eksperimento būdu nustatyta,
kad per dvi dienas mikroorganizmai suskaidė 60
%
, o per dvi savaites 90
%
pradinio
benz(a)pireno kiekio. Mikroorganizmai skaido benz(a)pireną ir grunte, tik pats
skaidymo procesas čia daug lėtesnis (per 6 mėnesius suskyla tik 35
%
pradinio kiekio).
Baltijos jūros paviršiniame vandens sluoksnyje (030 m gylyje) Cybanio ir kt. tyrėjų
paskaičiavimais mikroorganizmai per metus suskaido iki 3 tonų benz(a)pireno (Öūįąķü
č äš., 1985). PAAV degradaciją vandenyje skatina ir vandens augalai. Kirso ir kt.
nustatė, kad visi dumbliai kaupia benz(a)pireną. Žalieji dumbliai per 5 dienas sukaupė
nuo 40 iki 60
%
pradinio benz(a)pireno kiekio, o rudieji dumbliai net 95
%
. Nustatyta ,
kad ruduosiuose dumbliuose benz(a)pirenas beveik visiškai nedalyvauja medžiagų
apykaitos procese, o tik kaupiasi, tuo tarpu kai žalieji dumbliai aktyviai ardo