Ртуть в биосфере

Ртуть-203 (T_1/2 = 53 сек) используется в радиофармакологии. Медицина использует также фосфорнокислые соли ртути, ее сульфат, иодид и другие. В наше время большинство неорганических соединений ртути постепенно вытесняются из медицины ртутными же органическими соединениями, неспособными к легкой ионизации и поэтому не столь токсичными и меньше раздражающими ткани.

Также используются и соли ртути:

• Иодид ртути используется как полупроводниковый детектор радиоактивного излучения.
• Фульминат ртути («Гремучая ртуть») издавна применяется в качестве инициирующего ВВ (Детонаторы).
• Бромид ртути применяется при термохимическом разложении воды на водород и кислород (атомно-водородная энергетика).

Некоторые соединения ртути  применяются как лекарства (например, мертиолят для консервации вакцин), но в основном из-за токсичности  ртуть была вытеснена из медицины (сулема, оксицианид ртути — антисептики, каломель — слабительное и др.) в  середине-конце XX века.

Применение соединений ртути

Ртуть и её соединения применяются  в технике, химической промышленности, медицине. Желтый оксид ртути (II) входит в состав глазной мази и мазей  для лечения кожных заболеваний. Красный оксид ртути (II) применяется  для получения красок. Хлорид ртути (I), который называется каломель, используется в пиротехнике, а также в качестве фунгицида. Сулема применялась в  медицине как дезинфицирующее средство, в технике она используется для  обработки дерева, получения некоторых  видов чернил, травления и чернения стали. В сельском хозяйстве сулема применяется как фунгицид. Амидохлорид  ртути (белый преципитат ртути) входит в состав некоторых мазей. В ветеринарии  амидохлорид ртути применяется  как средство против паразитарных заболеваний  кожи. Нитрат ртути (II) применяется для  отделки меха и получения других соединений этого металла. Многие органические соединения ртути используются в  качестве пестицидов и средств для  обработки семян. Отдельные органические соединения ртути применяются как  диуретические средства.

Техника безопасности при  работе с ртутью. 
 
Ртуть непроницаемые покрытия. 
Экспериментально было показано, что пары ртути хорошо поглощаются штукатуркой, деревом, почвой, тканями, ржавчиной и другими материалами и веществами. Значительное количество ртути сорбируется даже такими непористыми материалами, как стекло, линолеум, глазурованные и эмалированные поверхности. В результате поглощения ртути в рабочих помещениях создаются ртутные депо, представляющие собой при определенных условиях источники отравления для работающих в данном помещении, так как процесс адсорбции ртути является обратимым. Поэтому при работе со ртутью должны быть созданы рту непроницаемые покрытия, практически исключающие поглощение паров ртути и сводящие к минимуму их десорбцию. Строительные материалы должны быть непроницаемы для жидкой и газообразной ртути, прочными и не растрескиваться с течением времени, иметь гладкие поверхности, позволяющие легко смывать адсорбированную ртуть, они также должны быть неэлектропроводными и устойчивыми к действию химических сред, прежде всего щелочей и кислот. 
 
Ртуть непроницаемые неэлектропроводные и химически стойкие материалы и композиции могут быть разбиты на 3 группы: щелочестойкие, кислотостойкие и неэлектропроводные щелочи-кислотостойкие материалы. 
 
К щелочестойким относятся гранитные плиты, а также покрытия, изготовленные из бетона или песчано-цементного раствора. Покрытия, выполненные из бетона или из песчано-цементного раствора, могут быть монолитными или состоять из плиток, однако во всех случаях для придания рту непроницаемости их подвергают специальной пропитке. 
 
К кислотостойким материалам относятся полиизобутилен, диабазовые и гранитные плиты, силикатное стекло, глазурованные плитки, линолеум некоторых сортов, оргстекло и керамические плитки. При использовании керамических плиток их также пропитывают специальными растворами. К неэлектропроводным щелоче-кислотостойким материалам относятся полистирольные и асбоэбонитовые плитки, релин, эскапон, а также материалы, изготовленные на основе поливинилхлорида (пластикат и винипласт). Отношение строительных материалов к ртути характеризуется рту непроницаемостью, сорбцией ее паров и смываемостью адсорбированной ртути. 
 
В последние годы все более широкое распространение получают полы, выполненные в виде бесшовных монолитных покрытий из мастичных, полимер-цементных или наливных составов. Наливные полы имеют гладкую поверхность, плотную структуру и хорошо упругие свойства; они термо- и морозостойки, обладают повышенной водостойкостью, рту непроницаемы и щелочестойки, не дают трещин и не коробятся. Такие полы гигиеничны, поскольку, они, в отличие от твердых поверхностей, не приводят к развитию плоскостопия у работающих, легко моются и очищаются от загрязнений и т.д. 
 
Защита стен, колонн, перекрытий (и др., кр. полов.)Оштукатуренные поверхности стен, потолков, колонн и других строительных конструкций защищают от ртути лакокрасочными покрытиями. 
 
Отдельные участки стен, колонн и других конструкций, подвергающиеся систематическому одновременному воздействию металлической ртути и агрессивных жидкостей, облицовывают на необходимую высоту стеклянными плитками, листовым стеклом, асбоэбонитовыми, полистирольными и керамическими плитками. Швы между плитками разделывают цементным раствором с последующей пропиткой специальными растворами или мастикой. 
 
Демеркуризация 

Несмотря на все предосторожности при работе со ртутью, в лабораторных и производственных условиях могут  происходить аварии, сопровождающиеся загрязнением ртутью помещений, оборудования и одежды. Демеркуризация помещений  включает механическую уборку видимых  количеств ртути и химическую обработку загрязненных мест с последующим  тщательным удалением продуктов  реакции ртути с химическими  реагентами. 
 
Для механического удаления пролитой ртути используют стеклянную ловушку с резиновой грушей. Небольшие количества пролитой ртути можно собрать с помощью амальгамированных полосок или кисточек из белой жести, медной или латунной проволоки и других амальгамирующихся металлов, а также из металлизированных угольных волокон. 
 
Для собирания капелек ртути применяют также лейкопластырь, который прикладывают к поверхности, загрязненной ртутью. Прилипшие к лейкопластырю капельки ртути отделяют от него промыванием ацетоном или другими органическими растворителями. 
 
Для демеркуризации помещений в производственных условиях можно использовать передвижной агрегат ТД, имеющий камеру, которую можно нагревать до 2000 С. Механическая обработка загрязненных поверхностей от ртути недостаточна, так как капельки ртути могут задерживаться при наличии в поверхности трещин или щелей. Для химической очистки поверхностей, загрязненных ртутью часто применяют растворы пермарганата калия. Рекомендуют употреблять раствор, в 1л. которого содержится 1г. пермарганата калия и 5 мл. соляной кислоты (плотность 1,19 г/см2). Также применяют растворы сульфида натрия и хлорида железа (III), состав, содержащий 15-20% этилендиаминтетрауксусной кислоты и 80-85% тиосульфата (25 г. этой смеси растворяют в 1 л. воды) и др. Известно, что ткани, особенно окрашенные в темные цвета, хорошо поглощают пары ртути. Однако в производственных условиях или при работе со ртутью в лабораториях основным источником загрязнения одежды является не сорбция ее паров, а попадание на одежду мелких капель и брызг при неосторожном обращении со ртутью. Ртуть, попавшая на одежду и адсорбированная ей, является дополнительным источником отравления не только для того, кто носит эту одежду, но и для окружающих. На производстве и в лабораторных условиях, приработе с большими количествами ртути, следует пользоваться верхней одеждой, бельем и обувью, предназначенными только для работы со ртутью. В соответствии с правилами стирки спецодежды при работе со ртутью (не в домашних условиях) загрязненную одежду освобождают от пыли, загружают в барабан стиральной машины и в течение 30 мин промывают холодной водой. Промытую спецодежду заливают мыльно-содовым раствором и стирают в течение 30 мин при 70-800 С. Простиранную спецодежду промывают в барабане сначала горячей, а затем холодной водой и в течение 30 мин обрабатывают 1-2%-ным раствором соляной кислоты. После этого производят повторную стирку. При такой стирке ткань освобождается от ртути на 96-99%. 
 

Индивидуальная  защита и меры личной профилактики 

При работе со ртутью и ртутными приборами возможны аварии, связанные  со взрывом ртутной аппаратуры, в  которой металлическая ртуть  или сильно токсичные соединения ртути могут находиться под большим  давлением и при температурах, значительно превышающие температуру  их кипения. При этом рабочее помещение  загрязняется мельчайшими каплями  ртути или пылью ее ядовитых соединений. В связи с этим на рабочих местах для индивидуальной защиты необходимо иметь кислородные изолирующие  приборы или промышленные противо  ртутные противогазы марки "Г" (желто-черная коробка), которые в  случае аварии надежно защищают работающих от отравлений. 
 
При работе со ртутью очень важно выполнять меры личной профилактики, так как в противном случае никакие санитарно-технические мероприятия не предотвратят отравления. Работать со ртутью необходимо в накрахмаленной спецодежде, изготовленной из плотной белой ткани, наглухо завязанном сзади балом халате, не имеющем карманов, белой косынке или в белой шапочке. Нельзя работать в валяной или мягкой суконной обуви. Кожанную или резиновую обувь рекомендуется защищать поливинилхлоридными чехлами; пользоваться этой одеждой можно только при работе со ртутью, а затем их нужно оставлять в гардеробной комнате. 
 
По окончании работы, а также перед едой руки и лицо надо мыть теплой водой с мылом, а после работы принимать душ и чаще бывать в бане. При мытье горячей водой кожа очищается, что способствует удалению ртути из организма, так как она, в частности, выделяется и потовыми железами. Нельзя курить, принимать пищу и пить молоко на рабочем месте, это надо делать в специально отведенных для этого помещениях. Во время перерывов в работе следует находиться на свежем воздухе, а там, где это возможно, заниматься производственной гимнастикой; систематические занятия физкультурой и спортом повышают сопротивляемость организма вредным воздействиям ртути, укрепляют нервную систему. 
 
Наряду с профилактическими мероприятиями общего характера известны медикаментозные способы предупреждения ртутных отравлений, использующие различные фармакологические препараты, повышающие общую сопротивляемость организма отравлению. В частности, в качестве средств индивидуальной профилактики, в последнее время начинают применять тиоловые соединения, среди которых наибольшей антидотной активностью обладает 2,3-димеркаптопропансульфонат натрия, так называемый унитиол. 
 
Этот препарат малотоксичен, способствует улучшению обмена веществ и увеличивает общую сопротивляемость организма. Препарат, введенный до начала поступления в организм паров ртути, впоследствии связывает ртуть и предотвращает отравления, а при введении в условиях хронической интоксикации способствует быстрому и более полному удалению ртути из организма, особенно в начальный период введения.  
 
Первая помощь при ртутных отравлениях. 
 
Случаи попадания в организм значительных количеств металлической ртути очень редки, тогда как острые отравления парами ртути или ее соединениями встречаются гораздо чаще. При ингаляционных отравлениях парами ртути пострадавшего выводят из зоны поражения и подвергают лечению. Для этого используют 5%-ный раствор унитиола, применяя его для подкожных или внутривенных инъекций. Кроме унитиола внутривенно вводят 10 мл 10%-ого раствора хлорида кальция, 20-40 мл 40%-ного раствора глюкозы и 10 мл 20%-ного раствора тиосульфата натрия. 
 
При острых отравлениях солями ртути в результате их попадания в желудок в организм вводят унитиол и одновременно дают antidotum metallorum. В 1 л этого препарата содержится 3,75 г сульфата магния, 12,5 г бикарбоната натрия, 1 г едкого натра и 0,4% сероводорода. 
 
При отсутствии antidotum metallorum желудок обильно промывают водой, содержащей 20-30 г активированного угля, или белковой водой, после этого дают молоко, яичный белок, взбитый с водою и, наконец, слабительное. Для промывания желудка рекомендуется также 5%-ный раствор ронгалита. 
 
При отравлениях ртутью или ее соединениями рот полощут слабым раствором бертолетовой соли или 5%-ным раствором хлорида цинка. 
 
Кроме унитиола для оказания первой помощи и лечения применяют и другие дитиоловые соединения, например, 2,3-димеркаптопропанол - так называемый БАЛ. 
 
В последнее время, наряду с перечисленными препаратами для лечения интоксикаций ртутью и другими тяжелыми металлами, а также для профилактических целей используют соли аминополикарбоновых кислот, которые относятся к группе хелатов или комплексообразователей (комплексоны). При применении комплексонов усиливается выведение ртути из организма, причем освобождение организма от депонированной ртути сопровождается нормализацией нарушенных окислительно-восстановительных процессов. 

Источники поступления ртути в окружающую среду. 
 
Глобальный круговорот ртути включает в себя 2 основных компонента: природная составляющая и антропогенная эмиссия. К природным составляющим относят: дегазацию земной коры, вулканические и геотермические выбросы, рудные месторождения. Антропогенная эмиссия происходит при сжигании природного топлива, использовании в промышленности и сельском хозяйстве ртутьсодержащих приборов и химических соединений и при выбросе промышленных и бытовых отходов.  
 
В результате усилившихся техногенных выбросов в атмосферу и гидросферу ртуть из естественного компонента природной среды, участвующего во всех круговоротах, превратилась в весьма опасный компонент для здоровья человека и живого вещества. Ртуть применяют в металлургической, химической, электротехнической, электронной, целлюлозно-бумажной и фармацевтической промышленности, используют для производства взрывчатых веществ, люминесцентных ламп, лаков и красок. Промышленные стоки и атмосферные выбросы, горно-обогатительные фабрики при ртутных рудниках, теплоэнергетические установки, использующие минеральное топливо, являются главными источниками загрязнения биосферы этим токсичным компонентом. Известно, что каждый 2й кг добытой ртути не доходит до потребителя, а улетучивается в атмосферу или теряется. На предприятиях, использующих ртуть в технологических целях (например, амальгамирование при добыче золота), ее потери достигают 100%.  
 
Кроме того, ртуть входит в состав некоторых пестицидов, которые используются в сельском хозяйстве для протравливания семян и защиты их от вредителей (гранозан). Однако в настоящее время все актуальнее становится проблема ртутного загрязнения в непроизводственной сфере, когда в результате аварий или бесконтрольного использования ртутьсодержащих приборов значительное количество токсического металла оказывается в школах, детских садах, жилых зданиях, просто на городских территориях.

 
 
Среди токсических металлов ртуть  является одним из наиболее опасных  загрязнителей и поэтому представляет собой большой интерес для  экотоксикологии. Накопление монометилртути в морской среде – важная проблема, касающаяся здоровья человека, так  как воздействие метилртути на организм человека происходит главным образом  через употребление в пищу морских  продуктов. Ртуть существует в морской  среде в виде множества физических и химических форм с огромным разнообразием  свойств, которые определяют сложный  механизм ее распространения, накопление в живых организмах и отравляющий  эффект. Наиболее важные химические формы  ртути – это элементарная ртуть (Hg0), неорганическая ртуть (Hg2+), монометилртуть (CH3Hg+), диметилртуть (CH3HgCH3). Эти формы  в биогеохимическом цикле ртути  могут перемещаться в атмосферу, в водную среду, а также в континентальные экосистемы. 
 
За последнее десятилетие внедрение усовершенствованных методов сбора образцов, их обработки, появление более чувствительных и специализированных аналитических приборов, а также более глубокие исследования загрязнения ртутью экосистем значительно улучшили имеющиеся знания по биогеохимическому циклу. Однако большая часть эколого-географических исследований по ртути за последние десятилетия выполнена для водоемов суши, в то время как морским экосистемам уделялось гораздо меньше внимания. Известно, что данные по отдельным формам ртути в морской среде редки, и это создает большие сложности, связанные с определением содержания, общих объемов и потоков различных форм ртути в морской экосистеме.

 
 
Глобальный биогеохимический цикл ртути: влияние антропогенного фактора. Ртуть попадает в окружающую среду  из различных природных и антропогенных  источников. Подсчитано, что антропогенные  выбросы в атмосферу составляют около 50-70% от ежегодного поступления (6000-7700 т) ртути в атмосферу Земли. Антропогенные источники – сжигание топлива, бытовых и промышленных отходов, промышленное производство (например, обогащение руды, выплавка металлов и их сплавов и другие стадии металлургии) – являются основными статьями глобального потока ртути в природную среду. Вместе они составляют ежегодный объем 3600-4500 т. Природные источники представляют собой поступление ртути из океанских вод, в процессе дегазации мантии, вулканической деятельности, из геотермальных источников и районов, содержащих большие скопления ртутных минералов. Вместе эти источники составляют 3000 т в год, из которых 1000 т – континентального происхождения, 2000 т – морского происхождения. Глобальные выбросы ртути растут, возможно, из-за сжигания газа и угля, добычи руды и выплавки металлов, промышленного производства и сжигания отходов. Важно заметить, что кругооборот ртути на земном шаре, особенно в океанской части, продлевает влияние и активный «период жизни» ртути антропогенного происхождения (повторное включение в цикл). Примерно 1/3 общего потока поступающей в круговорот ртути (2000 т) циркулирует из океана в атмосферу и назад в океан, и большая часть этих поступлений из океана состоит из мигрирующей в кругообороте антропогенной ртути. 
 
В распределении различных форм ртути в океанской экосистеме имеются некоторые закономерности. Например, концентрации растворенной ртути в прибрежных зонах океана значительно выше, чем в открытых частях. Также высоки они и в глубоководных зонах с недостатком кислорода, где процессы аккумуляции ртути идут более интенсивно за счет растворения частиц взвеси. Метилированные формы ртути были обнаружены в глубинных слоях открытых частей океана, в продуктивных зонах – там наблюдались самые высокие концентрации монометилртути и диметилртути. В общем метилированные формы ртути составляют 10% от общего объема ртути в природной среде. Элементарная ртуть обнаружена в активном слое и в более глубоких слоях океана. 
 
Биогеохимическое поведение ртути. Основные пути трансформации различных форм ртути в отдельных природных компонентах уже определены, хотя механизмы реакции среды и биологические виды, вовлеченные в процесс превращения форм ртути в океане, остаются неопределенными. Бактериальное превращение неорганической ртути в монометилртуть является важной особенностью круговорота ртути в любой морской экосистеме, так как оно первая стадия во всем процессе биоаккумуляции. Процесс метилирования происходит как в водной толще, так и в осадках пресных водоемов и эстуариев и осуществляется главным образом благодаря сульфатредуцирующим бактериям. В чисто морской среде преобладающей формой является диметилртуть, а монометилртуть в этой среде получается путем разложения диметилртути. Хотя еще одна точка зрения на этот процесс заключается в том, что оба процесса играют роль в образовании монометилртути в морских водах. 
 
Вертикальный разрез толщи показывает следующее преобладающее распределение форм ртути: пониженные концентрации Hg0 , ионов Hg2+ и метилированных форм в активном слое и увеличение концентраций этих форм под термоклином. Механизм взаимопревращения форм ртути в морской среде следующий: Hg2+ превращается в элементарную ртуть и поступает в атмосферу или оседает на взвешенных частицах и постоянно депонируется в осадках. 
 
Небольшие концентрации элементарной ртути Hg0 и диметилртути в активном слое – это результат газовой адсорбции из атмосферы, а осажденная на взвеси метилртуть попадает в активный слой океана с поверхностным стоком с суши. Интересно, что метилированные формы ртути имеют максимальную концентрацию под слоем термоклина. 
 
Диметилртуть встречается главным образом в слое непосредственно под термоклином, где происходит активное поглощение кислорода и где растворенная ртуть является как источником для процессов метилирования, так и продуктом восстановительных реакций. 
 
В глубинных слоях ртуть, сорбированная на взвеси, растворяется и появляются растворенные формы монометилртути (CH3Hg) и неорганической ртути Hg2+. 
 
Имеющиеся на настоящий момент данные позволяют предположить, что существует связь между биопродуктивностью поверхностных вод и образованием диметилртути в глубинных слоях. Образование диметилртути зависит от запаса неорганической ртути Hg2+, который обеспечивается процессами осаждения взвешенного вещества и деминерализации, а они связаны с процессами биопродуктивности в поверхностном слое. Температура в придонных слоях также влияет на образование диметилртути. Например, подсчитано, что в придонных слоях западных частей Средиземного моря скорость образования метилртути в 6 раз выше, чем в Северной Атлантике. Важно также заметить, что образование элементарной формы ртути в поверхностном слое, а также ее поступление и выход в атмосферу в результате газового обмена – эти два процесса оказывают большое влияние на судьбу ртути в окружающей среде в целом. Процесс образования элементарной ртути, как и образование метилртути, требует наличия в воде неорганической ртути, на основе которой протекают реакции восстановления ртути и метилирования. И здесь можно заметить связь между первичной продуктивностью и содержанием элементарной ртути в поверхностном слое морских вод. Процесс восстановления ртути до конца не изучен, но известно, что он имеет биологическую основу и вовлекает фитопланктон и бактерии. 
 
Пути биоаккумулящии. Можно с уверенностью сказать, что современные исследования факторов, влияющих на аккумуляцию ртути в рыбах, еще не до конца раскрыли действие этих факторов. Точно установлено, что увеличение концентраций ртути (главным образом монометилртути) на верхних уровня пищевой цепи напоминает принцип аккумуляции гидрофобных загрязнителей. Неясно, почему монометилртуть хорошо растворяется в жирах, но в то же время аккумулируется в большей степени в мышечной ткани, чем в жировой. С другой стороны, неорганические соединения ртути не накапливаются в живых организмах, хотя являются липофильными, что не свойственно им по природе. Показано, что потребление липофильных нейтральных соединений ртути (таких, как HgCl2 и CH3HgCl) приводит к более высоким концентрациям как неорганической ртути, так и монометилртути в фитопланктоне. Однако монометилртуть интенсивнее передается по пищевой цепи, так как она накапливается в цитоплазме клеток фитопланктона (в отличие от неорганической ртути, которая накапливается в мембранах клеток). Поэтому степень ассимиляции метилртути планктонофагами в 10 раз выше, чем для неорганической ртути. Таким образом, экологическое отличие между неорганическими формами ртути и метилртути состоит в основном в характере их продвижения по пищевой цепи. 
 
Содержание монометилрути в рыбах в конечном счете определяется химизмом воды (рН, БОП, содержание О2), который контролирует образование монометилртути и его потребление на первых стадиях пищевой цепи. HgCl42- – основная неорганическая форма ртути в морской воде, а нейтральный дихлорид ртути HgCl2 составляет всего лишь 3%. Монометилртуть представлена в основном CH3HgCl. Несмотря на более низкие концентрации монометилртути по сравнению с неорганическими формами, ее биоаккумуляция в планктонофагах в 16 раз выше. 
 
Концентрации ртути в мышечной ткани таких рыб Северной Атлантики, как треска, мерланг, камбала, лиманда, палтус, изменяются в пределах от 0,03 до 0,35 мг/кг сырого веса. В мидиях (Mutilus edulis) они находятся в пределах 0,002-0,17 мг/кг. Для сравнения в таблице приведены концентрации ртути в различных видах гидробионтов Северной Атлантики: