Faktori koji definišu sudbinu polutanata u životnoj sredini

Polutanti od momenta dospevanja u određeni recipijent inicijalno podležu fizičkoj disperziji koja zavisi od fizičkog stanja polutanta, odnosno da li se on nalazi u tečnom, gasovitom ili čvrstom stanju. Fizičko-hemijske karakteristike polutanata, kao što su rastvorljivost i napon pare, uslovljavaju njegovu dalju distribuciju u različite segmente životne sredine (voda, vazduh, zemlja, biota i dr.), kao i sposobnost da se kreće u i kroz određenu sredinu.

Transportnim procesima polutanti se raspodeljuju u različite delove životne sredine (atmosferu, hidrosferu, litosferu), u zavisnosti od afiniteta komponenti ka svakoj od ovih faza. Na primer, organska jedinjenja sa velikim naponom pare i malom rastvorljivošću u vodi teže tome da napuste vodenu sredinu i pređu u vazduh (isparavanje). Supstance sa malim naponom pare i malom rastvorljivošću u vodi teže da budu asocirane sa sedimentom i čestičnim materijama, dok jedinjenja sa većom rastvorljivošću teže da ostanu u vodi. Tako na primer, supstance koje sadrže polarne funkcionalne grupe (-COOH, -NH2, - OH) ne isparavaju brzo iz rastvora. Supstance sa malom molekulskom težinom i one koje ne sadrže date funkcionalne grupe, imaju veći napon pare. Jedinjenja rastvorljiva u vodi mnogo više i homogenije su rasporedena u vodenoj sredini, nego slabo rastvorna ili nerastvorna jedinjenja.

Dakle, hemijske supstance se raspodeljuju između različitih komponenti životne sredine - između vazduha i vode, vazduha i zemljišta, vode i biote itd., a jedan od najznačajnijih parametara koji definiše njihovu sudbinu je koeficijent raspodele između faza.

Procesi raspodele supstanci u životnoj sredini. Kada hemijska supstanca dospe u životnu sredinu dolazi do aktivne izmene između faza koje su u direktnom kontaktu, prvenstveno iz faze odnosno, faza u koje je supstanca inicijalno ispuštena. Između faza koje nisu u direktnom kontaktu ne dolazi do direktne izmene supstanci, ali su ipak, usled transporta komponenti iz faze u fazu, svi segmenti životne sredine u efektivnoj interakciji.

Procesi koji se odvijaju u životnoj sredini, mogu se generalno predstaviti kao procesi izmene izmedu dve faze i to:

- vegetacija/atmosfera,

- zemlja/atmosfera,

- atmosfera/voda,

- sediment/voda i

- biota/voda.

U vodenoj sredini najznačajniji procesi raspodele hemijskih komponenti izmedu dve faze su:

- akvatična biota/voda i

- sediment/voda.

U prvom slučaju, prilikom usvajanja od strane biote hemijskih komponenti rastvorenih u vodi, dominantno dolazi do uspostavljanja ravnotežne raspodele komponenti izmedu lipidne frakcije biote i vode:

KBL = CBL /CV

gde je:

KBL - koeficijent raspodele između lipidne frakcije biote i vode

CBL - koncentracija komponente u mastima biote

CV - koncentracija komponente u vodi

Određene hemijske komponente, shodno stepenu lipofilnosti, unosom putem hrane i vode mogu u akvatičnim organizmima dostići znatno veće koncentracije od onih koje su prisutne u vodenom okruženju (bioakumulacija). Za vodene organizme dominantni put usvajanja polutanata je preko vode kao medijuma koji ih okružuje odnosno, dolazi do njihove biokoncentracije. Povećanje količine hidrofobnih materija u organizmima posledica je rastvaranja ovih jedinjenja u lipidnoj fazi u organizmu. Sličan pristup može se primeniti kod procesa raspodele izmedu faza sediment/voda.

Potrebno je istaći, da pored raspodela izmedu faza biota/voda i sediment/voda, za vodenu sredinu sa aspekta sudbine polutanata u njoj, podjednako značajan je i proces raspodele voda/vazduh.

Hemijske komponente koje su jonizovane, pri normalnim uslovima u životnoj sredini, ne podležu evaporaciji u atmosferu. S druge strane, nejonizovane komponente, često nazivane i neutralne komponente, mogu graditi pare i isparavati u atmosferu. Ove neutralne komponente uključuju veliki broj za životnu sredinu značajnih polutanata, kao što su DDT i drugi hlorougljovodonici, naftni ugljovodonici i dioksini.

Proces raspodele između faza atmosfera/voda opisan je Henrijevim zakonom:

p = HxCV

gde je:

p - parcijalni pritisak posmatrane supstance (Pa);

CV - koncentracija supstance u vodi (mol*m-3);

H - Henrijeva konstanta (Pa*m3*mol-1).

Koeficijent raspodele u ovom slučaju je Henrijeva konstanta, koja se može izraziti dimenzionim jedinicama, koje mogu biti različite u zavisnosti od jedinica vrednosti primenjenih tokom razvijanja konstante. Henrijev zakon u stvari predstavlja odnos parcijalnog pritiska komponente u atmosferi i njene koncentracije u vodi.

Transformacija i degradacija polutanata. Vreme zadržavanja nekog polutanta u životnoj sredini, kao i potencijal kretanja, zavisi od njegove molekulske stabilnosti. Takođe, biohemijske karakteristike polutanta utiču na mogućnost njegove degradacije ili biološke transformacije (uključujući mikroorganizme prisutne u životnoj sredini), odnosno, mogućnost njegove ekskrecije ili bioakumulacije od strane biote. Za razliku od organskih supstanci metali se ne mogu uništiti niti stvoriti biološkim i hemijskim procesima. Ovi procesi mogu, medutim, da transformišu metale iz jednog oblika u drugi i mogu ih konvertovati u različite neorganske i organske forme. U svakoj fazi, toksične supstance biotičkim i abiotičkim transformacijama mogu biti konvertovane u druge forme manje, neizmenjene ili pak, veće toksičnosti.

Najznačajnije reakcije abiotičkih transformacija su hidroliza (npr. estri kao što su organofosforni i karbamatni insekticidi), oksidacija i fotoliza (veliki broj hemijskih supstanci). Oksidacija i hidroliza rezultuju formiranjem produkata koji sadrže hidroksilne, karbonilne i druge polarne funkcionalne grupe, što dalje rezultuje povećanjem polarnosti nastalih produkata, a tim i povećanjem njihove rastvorljivosti u vodi. Kada su u pitanju lipofilne komponente, njihovi transformacioni produkti takode su polarnije i u vodi rastvorljivije komponente, Čime ove komponente lakše podležu ekskreciji i uklanjanju iz organizma.

Kao što je već rečeno, abiotičke reakcije obuhvataju i reakcije inicirane sunčevom svetlošću odnosno, reakcije fotolize u kojima svetlosna energija biva apsorbovana od strane molekula rezultujući raskidanjem hemijskih veza i degradacijom polutanta. Svetlost u ultraljubičastom i vidljivom delu spektra dovoljno je energetski bogata da može da prouzrokuje ove reakcije.

Merene ili procenjene maksimalne vrednosti vremena polu-života (h) odabranih polutanata u vodi i sedimentuAbiotičke reakcije mogu učiniti toksične supstance više ili manje dostupnim za dalju biotičku transformaciju (biotransformaciju). Ribe, beskičmenjaci, mikroorganizmi i biljke transformišu toksične supstance u različite metabolite nakon što ih unesu u organizam (apsorbuju). Ove reakcije su enzimski posredovane, za razliku od čisto nemetaboličkih hemijskih i fotohemijskih reakcija koje se javljaju u vodi. Biološki ciklus žive u sistemu vazduh/voda/sediment ukazujući na dominantno prisutne oblike Hg u pojedinim segmentima životne sredine, kao i procese koji dovode do njihovog formiranja.

Biotransformacije posredovane biljkama i životinjama utiču na sadržaj toksičnih supstanci u životnoj sredini. Ipak, za većinu organskih jedinjenja u vodenoj sredini, ovaj efekat nije toliko značajan u poređenju sa mikrobiološkom transformacijom. Biodegradacija (biorazgradljivost) podrazumeva one mikrobiološke transformacije pomoću kojih se hemijske supstance inkorporiraju u ćelijski materijal ili se koriste kao izvor energije za organizam, pri čemu se na kraju prevode u jednostavne molekule. U određenim slučajevima, organske supstance podležu kompletnoj biodegradaciji (mineralizaciji), do ugljen dioksida, vode i prostih neorganskih produkata. Medutim, u mnogim reakcijama, toksične organske komponente zaostaju u sistemu gde nakon usvajanja od strane nekog organizma, dalje podležu metabolitičkim reakcijama detoksikacije o kojima će biti više reči kasnije u tekstu o mehanizmima toksičnosti.

Generalno, biotransformacija teži tome da razgradi toksične supstance na polamiju i u vodi rastvornu formu sa manjim stepenom toksičnosti, te je degradabilnost (razgradljivost) poželjna karakteristika hemijske supstance, koja ograničava njenu perzistentnost tj. postojanost u prirodi, bioakumulaciju i biomagnifikaciju. Međutim, postoji velika razlika između grupa i vrsta posmatranih jedinjenja, pri čemu su jedinjenja koja mogu biti metabolizirana od strane jedne vrste, otpoma na dejstvo druge vrste organizama. Ovi postojani molekuli predstavljaju veliku opasnost po životnu sredinu, jer su otporni i na hemijsku i na biohemijsku transformaciju, sa posledicom dugog poluživota u bioti, kao i u zemljištu, sedimentu i vodi. Osim toga, u određenom broju slučajeva nastali transformacioni produkti mogu takođe biti toksični, pa čak i toksičniji u odnosu na polaznu komponentu. Tako na primer, mnogi karcinogeni podležu metaboličkoj aktivaciji od strane živih organizama. Stoga, veoma je važno znati karakteristike metabolita, kao i proizvode hemijske transformacije.

Transformacioni i transportni procesi se odvijaju brzinom specifičnom za svaku komponentu i za svaku sredinu. Suma ovih procesa dakle, određuje sudbinu zagadujućih materija u životnoj sredini i konsekventnu izloženost biote njihovom štetnom dejstvu.

Perzistentnost. Srednja vrednost za vreme koje toksična supstanca provede u određenom delu akvatičnog ekosistema (npr. voda, sediment, biota) ili se deponuje, pre nego što se iz posmatranog sistema ukloni putem nekog transportnog procesa, naziva se vreme zadržavanja.

Perzistentne toksične supstance definišu se kao komponente koje ne podležu u značajnoj meri fizičkoj, hemijskoj i biološkoj degradaciji u životnoj sredini. Polazeći od bilo koje tačke u vremenu (t=0), pa do momenta kada je polovina sadržaja posmatrane supstance degradirana (t), promena sadržaja supstance se može predstaviti izrazom:

(C0/C1)=l/0,5 = 2

To znači da je vreme polu-života (t1/2) za neku određenu komponentu konstantno pri određenim degradacionim procesima koji se odvijaju pri specifičnim uslovima. Utvrdeno je da je ovo generalno tačno kada su u pitanju procesi u životnoj sredini, ali naravno postoji i određeni stepen odstupanja, kao posledica prirodnih varijacija u pH vrednosti sredine, temperaturi, dostupnosti kiseonika, sadržaju i sastavu biološke frakcije na određenom lokalitetu, kao i niza drugih faktora koji utiču na perzistentnost polutanata u određenoj situaciji, te prilikom dubljih diskusija vezanih za perzistenciju treba biti posebno obazriv.

Perzistencija polutanta/toksične supstance u određenom delu nekog (npr. akvatičnog) ekosistema može biti predstavljena vremenom polu-života, koje se definiše kao vreme koje je potrebno da prođe da bi se početna koncentracija toksične supstance smanjila za jednu polovinu.

Polutanti sa dugim vremenom perzistencije u vodi, zemljištu ili sedimentu (npr. DDT, aldrin, dieldrin, heksa-hlorobenzen, polihlorovani bifenili, dioksini i furani i dr.) imaju visok potencijal ka akumulaciji u određenom medijumu, kao i ka usvajanju od strane živih organizama te je za njih potrebno inicirati sprovođenje internacionalnih mera u cilju zaštite ljudskog zdravlja i životne sredine.

Supstance koje se primenjuju jednom godišnje, kao na primer pesticidi, mogu imati vreme polu-života od nekoliko meseci, a da pri tome ne dođe do njihove akumulacije u zemljištu tokom godina, uprkos ponovljenim primenama. U isto vreme mogućnost da ove komponente budu usvojene od strane biote se povećava. Međutim, većina supstanci se ne primenjuje na ovaj način, već se njihovo oslobađanje i emisija u životnu sredinu odvija tokom cele godine, često iz difuznih izvora (npr. spiranje pesticida sa obradivih površina u vodotoke). Pod datim uslovima može doći do njihove akumulacije u zemljištu ili sedimentu, što se dalje odražava na povećanje stepena usvajanja od strane biote i njihov dalji transport u lancu ishrane i ciklusu hrane.

Biodostupnost. Činjenica da su hemijske supstance prisutne u životnoj sredini ne podrazumeva da su one i dostupne za usvajanje od strane živih organizama i inkorporiranje u njima. U cilju procene efekata i potencijalnog rizika vezanog za povišene koncentracije zagađujućih materija koje su rezultat na primer, rastvaranja prirodnih mineralnih depozita ili neke antropogene aktivnosti, biodostupna frakcija ukupne količine ovih materija u vodi, sedimentu i vazduhu mora biti identifikovana.

Uopšteno posmatrano, u vodi se toksične supstance mogu pojaviti u tri različite osnovne forme koje utiču na njihovu dostupnost organizmima (biodostupnost): - rastvorene,

- sorbovane biotičke ili abiotičke komponente suspendovane u vodenom stubu ili u vidu taloga na dnu i

-inkorporirane (akumulirane) u organizmima.

Rastvorljive toksične supstance su lakše dostupne organizmima u vodenoj sredini. Hidrofobne toksične supstance mogu biti veliki suspendovani organski koloidi ili druge čestice, sorbovane na sedimentu i mogu biti ireverzibilno vezane i nedostupne. Ipak, neke od vezanih toksičnih supstanci mogu biti dostupne organizmima bentosa putem ingestije ili direktno preko intersticijalne vode. Toksične supstance vezane za sediment, takođe, mogu biti prekrivene sedimentom i nedostupne dokle god sediment ne bude uzurpiran. Hidrofobne toksične supstance mogu biti akumulirane u organizmima u različitim tkivima, biotransformisane (metabolizirane) i ekskretovane (izlučene) ponovo u vodu.

Biodostupnost predstavlja jedan od ključnih faktora sa ekotoksikološke tačke gledišta prisustva polutanta u životnoj sredini, obzirom da toksične supstance koje nisu biološki dostupne, po definiciji, poseduju manju verovatnoću izazivanja bilo kakvog štetnog efekta.

U praksi se vezano za pojam i definiciju biodostupnosti, najčešće sreće njena podela na: ambijentalnu i toksičnu biodostupnost.

- Ambijentalna dostupnost predstavlja onaj deo ukupnih toksičnih supstanci ili materijala prisutan u svim ili pojedinim delovima životne sredine koji uzrokuje specifičan proces ili procese i utiče na fizičke, hemijske i biološke promene. Na primer, smatra se da je samo 40% neke toksične supstance ambijentalno dostupno za različite abiotičke hemijske reakcije zato što 60% te supstance ostaje izolovano duboko u marinskom i rečnom sedimentu. Uopšteno, ovaj termin se odnosi na ukupan sadržaj potencijalno dostupnog materijala za organizme.

- Toksična biodostupnost je frakcija ekspozicione doze ili koncentracija koja je adsorbovana i/ili apsorbovana od strane organizma, distribuirana sistemskom cirkulacijom i dovedena do krajnjih receptora ili mesta na kojima se ispoljava toksičnost (npr. do organa mete). Ova definicija biodostupnosti važi za toksične supstance sa sistemskom toksičnošću (supstance koje svoje toksično dejstvo ispoljavaju na više mesta u organizmu, kao na primer policiklični aromatični ugljovodonici (PAH), polihlorovani bifenili (PCB), olovo, živa i dr), ali je od manjeg značaja za površinski aktivne materije.

Tags:

Da li ste znali...

da je Tisa je početkom XX veka bila kod Novog Bečeja široka 230 metara pri nis­kom vodostaju, 302 m pri srednjem i 1.68o metara pri visokom vodostaju. Dubina pri niskom vodostaju 4,2 metra, 7,7 pri srednjem i 9,7 pri visokom vodostaju.

O gradu