По токсичности, присутствию в современной окружающей среде и вероятности попадания в живые организмы может быть выделена приоритетная группа ТМ: свинец, ртуть, кадмий, мышьяк, таллий, висмут, олово, ванадий, сурьма. Несколько меньшее значение имеют хром, медь, цинк, марганец, никель, кобальт, молибден и селен. За исключением указанной выше небольшой группы «биофильных» ТМ все эти металлы, по крайней мере по отношению к высшим животным и человеку, токсичны. Они попадают в организм с пищей, водой, при вдыхании загрязненного воздуха и в зависимости от химической формы их соединений с той или иной скоростью выводятся из организма. Но незначительная их часть задерживается в органах и тканях, вступая в соединение с биогенными элементами и радикалами. Так как эти соединения не участвуют в нормальном обмене веществ и для большинства из них характерны длительные периоды полувыведения (от месяцев до десятков лет), происходит постепенное накопление ТМ, ведущее к различным поражениям и тяжелым хроническим заболеваниям.
По приблизительной оценке к концу XX в. в мире накоплено (в млн т): Си - 300, Zn - 200, Cr - 70, Pb - 20, Ni - 3,5, Cd - 0,6, Hg - 0,5. Природа никогда не знала такого груза ТМ на поверхности земли, в биосфере. Загрязнение среды тяжелыми металлами определяется не только указанными количествами. Они образуются и при производстве других металлов - железа и алюминия, а также при сжигании топлива и переработке химического сырья.
Предельно допустимые суточные дозы (ПДДс) различных ТМ, поступающих в организм человека с водой или пищей, колеблются в широких пределах от 0,1 мкг (Hg) до 5 мг (Zn). Сопоставление ПДДс с массой ТМ, находящихся в окружающей среде, и простой расчет позволяют заключить, что эти вещества заключают в себе потенциал многократного отравления всего человечества.
Пестициды. Существенным фактором загрязнения среды является химизация сельского хозяйства. Даже минеральные удобрения при неправильном их применении способны наносить экологический ущерб при сомнительном экономическом эффекте. Высокие дозы азотных удобрений являются одной из причин накопления в растениях нитратов. Сами по себе они не очень токсичны. Но при употреблении растительных продуктов в пищу содержащиеся в них нитраты под действием микрофлоры кишечника восстанавливаются в нитриты, которые во много раз токсичнее.
В 40-х годах нашего столетия для уничтожения вредных (с точки зрения человека) организмов начали широко применять синтетические органические соединения - пестициды. В зависимости от объекта назначения их подразделяют на инсектициды (средства борьбы с насекомыми), гербициды (средства борьбы с сорняками), фунгициды (средства борьбы с грибковыми заболеваниями) и др. Ни один из этих химикатов не обладает абсолютной избирательностью и представляет угрозу для других групп организмов, в том числе для людей. Поэтому все они - биоциды, т.е. вещества, угрожающие различным формам живого. Даже сравнительно мало токсичные пестициды плохо подвергаются ферментативному разложению. Большинство организмов не располагает соответствующими механизмами детоксикации. Все синтетические пестициды являются ксенобиотиками.
В 1938 г. был рекомендован к применению сильный инсектицид - дихлордифенилтрихлорэтан (ДДТ). Казалось, что люди получили «чудо-оружие», вещество чрезвычайно токсичное для насекомых и казавшееся безвредным для человека. ДДТ обладал широким спектром действия, был стоек в окружающей среде, а производство его было совсем недорогим. Снижение численности вредителей благодаря применению ДДТ во многих случаях привело к резкому росту урожая. Кроме того, ДДТ оказался эффективным средством борьбы с насекомыми-переносчиками инфекционных заболеваний (сыпного тифа, малярии и др.). Достоинства ДДТ казались столь выдающимися, что его создатель - швейцарский химик П. Мюллер получил за свое открытие Нобелевскую премию. Неудивительно, что это вещество возглавило нескончаемый парад пестицидов, мировая коллекция которых выросла до 6000 наименований, а их производство достигло 1,2 млн т в год.
Однако вскоре стало очевидным, что применение пестицидов вызывает целый ряд проблем. Многие вредители быстро приспособились и повысили устойчивость к применяемым препаратам; наблюдались вторичные вспышки численности вредителей, ставших более агрессивными. Существенно возросли затраты на применение в повышенных дозах все новых и более дорогих пестицидов. Наконец, появилось много данных об отрицательном воздействии пестицидов на полезные организмы, на природную среду и здоровье человека.
В начале 70-х годов применение ДДТ в большинстве развитых стран было запрещено. На смену ему пришли менее токсичные препараты, быстрее разрушающиеся в окружающей среде. Но несмотря на многомиллиардные затраты на производство и применение пестицидов, потери урожая от вредителей не уменьшились; люди не сумели надежно защитить растения, не смогли полностью уничтожить ни одного вида вредоносных организмов, зато существенно увеличили загрязнение почв и биосферы в целом.
Ставшая уже классической история ДДТ наглядно иллюстрирует оборотную сторону химизации сельского хозяйства. Пестициды постепенно накапливаются в почве и воде, а затем по пищевым цепям переходят в растения, в животных и организм человека. Хотя ДДТ уже много лет снят с производства и повсеместно запрещен к применению, в природной среде циркулируют около миллиона тонн этого ядовитого вещества. Его обнаруживают в воде и воздухе, в организмах животных и человека даже в тех районах земного шара, где никогда не проводились химические обработки растений. Применение ДДТ и его аналогов имело множество серьезных экологических последствий. В результате загрязнения почвы и заражения биосферы гибнут целые популяции полезных насекомых, рыб, птиц и других животных. По данным ВОЗ, отравление пестицидами каждый год поражает в мире до двух миллионов человек и уносит до 40 тыс. человеческих жизней. Спустя более полувека с начала применения пестицидов следует признать, что беспрецедентная химическая война с вредителями сельского хозяйства практически полностью проиграна.
Загрязнение территорий особо опасными токсикантами.
С производством и применением пестицидов связано появление в окружающей среде еще одной группы крайне ядовитых веществ - диоксинов. Они оказались образовавшимися в процессе производства примесями к некоторым гербицидам. Один из диоксинов - ТХДД занимает пятое место в ряду самых сильных из известных ядов. Предполагается, что максимальная недействующая доза этого вещества для человека не превышает 10-6 мкг/кг. Диоксины очень стойки: период полувыведения у человека - больше года. Известны случаи заболеваний и гибели людей, связанные с диоксинами. Применение американской армией во Вьетнаме дефолианта, содержащего ТХДД, вызвало заболевания более 2 миллионов жителей. Диоксины могут образовываться при сжигании угля, углеводородов, пластмасс.
Ежегодно в мире производится около 500 млн т опасных отходов. Ими загрязняются значительные земельные площади и водоемы. Общая площадь земель России, загрязненных токсичными веществами промышленного происхождения, оценивается величиной порядка 70 млн га.
По данным аэрокосмической съемки, ареалы распространения техногенных выбросов вокруг промышленных комплексов охватывают площадь 18 млн га, что составляет более 1 % земельного фонда России. При средней нагрузке в 0,2 т/км2 локальные выбросы в зонах повышенного техногенного воздействия достигают 10 т/км2 (Урал, Центральный и Центральночерноземный районы).
Опасные отходы называют «бомбой замедленного действия» в силу их кумулятивного воздействия на окружающую среду. При их складировании происходят многочисленные вторичные химические процессы, и в среду поступают не только известные химикам токсиканты, но и совершенно новые, непредсказуемые по своему воздействию на человека и экосистемы вещества. Установлено, например, что в шламах азотного производства при некоторых условиях образуется целый букет нитрозаминов - сильнейших мутагенов и канцерогенов. В промышленных зонах вблизи больших городов скопления отходов вместе с аэрогенными выпадениями образуют значительные техногенные геохимические аномалии многих металлов, которыми загрязняются не только почвы, грунты, но и растительность и подземные воды. Зоны влияния крупных промышленных агломераций простираются на сотни километров, например: Среднеуральской - 300 км, Московской - 200 км, Тульской - 120 км.
Загрязнение почв нефтью и нефтепродуктами в местах их добычи, переработки и транспортировки превышает фоновое в десятки раз.