Кардинальным путем охраны окружающей среды от загрязнений являются совершенствование технологических процессов и создание безотходной технологии. Наряду с этим самостоятельное значение приобретает разработка эффективных систем контроля состава воздуха, воды и почвы, позволяющих объективно оценивать уровни загрязнений и выявлять их источники. Методологически цель большинства исследований, проводимых в этом направлении, состоит в разработке и реализации химических аналитических методов определения концентраций веществ, нормируемых органами санитарного надзора. В последние годы от определения общих нормируемых концентраций веществ (и сопоставления результатов анализа со значениями установленных предельно допустимых концентраций) рекомендуется переходить к определению количества каждого из них в выбросах предприятий, например, в течение года. Однако при
всей эффективности такие меры тоже^недостаточны. Наряду с количественными результатами анализа необходимо знать «судьбы» компонентов, попавших в объекты окружающей среды, их распределение в системе воздух — вода — почва и химические превращения под влиянием температуры, солнечного света, воды и содержащихся в ней веществ, кислорода воздуха и т. д. Всем этим вопросам и посвящена настоящая книга.
Здесь рассмотрены разнообразные аспекты миграции и превращения веществ, попавших в окружающую среду: воздух, поверхностные и подземные воды, почву, живые организмы. При этом главным содержанием книги является изложение физико-химических свойств веществ, обусловливающих их поведение в природных условиях. Так, существенное внимание уделено характеристикам таких процессов межфазного распределения веществ, как растворение и выщелачивание, испарение и адсорбция, поглощение веществ биологическими мембранами. Все эти процессы, составляющие сущность миграции, описаны в доступной форме и наглядно иллюстрируются рисунками. Последовательно изложены также химические основы превращения веществ в природных условиях: процессы гидролиза, реакции окисления-восстановления, фотохимическая деструкция, изменения этих веществ в ходе процессов жизнедеятельности. Наконец, с достаточной полнотой описаны процессы биологического аккумулирования и превращения веществ в водных и наземных цепях питания.
Изложение всех этих фундаментальных вопросов в каждом случае тесно связано с главной темой книги. Каждое принципиальное положение иллюстрируется конкретными примерами, взятыми из литературных источников и характеризующими ту или иную особенность поведения химических соединений в объектах окружающей среды. Лишь в последней главе книги объект занимает доминирующее положение. В ней четко показано распределение ДДТ в садовой почве, в частности по глубине, установленное в ходе длительного эксперимента. Интересны данные по подземному захоронению остатков ДДТ. Другие примеры наглядно иллюстрируют химические превращения веществ в поверхностных водах и влияние фреонов, попадающих в стратосферу, на слой озона. Самостоятельное значение имеет небольшая глава, посвященная аналитическому определению веществ в окружающей среде и дающая читателю возможность критически оценивать правильность публикуемых результатов наблюдений.
Таким образом, книга И. Тинсли достаточно полно охватывает актуальные и важные проблемы поведения химических соединений в окружающей среде. Удачное сочетание в меру строгого и одновременно достаточно популярного изложения
физико-химических основ разнообразных процессов миграции и превращения веществ делает ее доступной и интересной для широкого круга специалистов. Можно надеяться, что книга будет способствовать дальнейшей активизации повсеместной борьбы за сохранение чистоты и красоты окружающей нас природы.
М. Сенявин
Содержание
ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА ПЕРЕВОДА....... 5
ПРЕДИСЛОВИЕ ............... 8
Глава 1. ХЕМОДИНАМИКА........'. . . . 10
Физико-химические параметры веществ........12
Растворимость 12. Равновесное давление паров 14. Коэффициент распределения 16. рК 20.
Адсорбция................22
Факторы, связанные с адсорбционным процессом 23. Термодинамика адсорбции 24. Изотермы, адсорбции 24. Влияние на адсорбцию свойств адсорбента 28. Свойства адсорбата 35. Кинетические аспекты 40.
Распределение веществ в почве...........41
Диффузия 41. Выщелачивание 43. Изучение выщелачивания в лаборатории 44. Факторы, влияющие на скорость выщелачивания 48. Исследования в полевых условиях 49. Математическое описание процесса выщелачивания 51. '
Испарение................55
Скорость испарения, из чистого вещества 55. Испарение из почвы 58. Испарение из воды 68.
Абсорбция'................73
Характеристики биомембран 73. Механизмы переноса вещества 75. Количественные аспекты пассивной диффузии 76. Химические факторы, влияющие на абсорбцию 79.
Глава 2. ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВ В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ 89
Фотохимические процессы............90
Абсорбция 91. Судьба возбужденного состояния 94. Лабораторные исследования 97. Экологическое значение фотохимической деструкции 100.
.---------~..~.l MV-V- I -
yyr\u.tin J4JU.
Окислительно-восстановительные системы........102
Концепция ре 103. Величина ре для воды 105. ре как регулирующий фактор 106. Диаграммы ре — рН 108. Органические вещества 113.
Гидролиз.................116
Эфиры карбоновых кислот 117. Другие производные карбоновых кислот 1'25.- Карбаматы 126. Фосфорорганические соединения 1Й7. Галогензамещенные соединения 133.
Метаболические превращения...........136
Ферменты 137. Метаболические процессы Г38. Примеры схем метаболического разрушения 146. Кинетика 160. Почвенные микроорганизмы 155. Скорость разрушения веществ в почве 160. Системы микросомных ферментов 166. Экологическое значение процессов метаболического разрушения 177.
Глава 3. БИОАККУМУЛИРОВАНИЕ ВЕЩЕСТВ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ
ИХ В ЦЕПИ ПИТАНИЯ.............181
Аккумулирование вещества организмом........184
Одноячеечная система 186. Многоячеечные системы 193.
Факторы, влияющие на аккумулирование вещества организмом 195 Устойчивость 195. Площадь поверхности 195. Распределение 198. Некоторые биологические факторы 201.
Усиление цели питания.............202
Водные системы 203. Наземные системы 205.
Лабораторные системы для изучения распределения веществ в цели
питания.................205
Водно-наземный микрокосм водоем — поле 206. Наземный -микрокосм 211. Другие микрокосмы 215. Достоинства и недостатки микрокосмов 215.
Глава 4. АНАЛИЗ ВЕЩЕСТВ В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ ... 219
Инструментальные методы . . . . • . ........220
Абсорбционная спектрофотометрия 220. Флуоресцентные методы 221. Газовая хроматография 223. Атомно-абсорбционная спектроскопия 227. Нейтронно-активационньш анализ 227.
Подтверждающие данные............230
Биологический анализ ............. 236
Методические вопросы при определении следовых количеств веществ 237 Отбор проб................238
Глава 5. ХИМИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ 243
ДДТ .'.................243
Захоронение химических отходов в санитарные отвалы .... 24/ Фреоны и озон — глобальная проблема.........251
Стратосферный озон 253. Реакции в стратосфере 255. Пути удаления фреонов 256. Концентрация фреонов и родственных продуктов реакций в атмосфере 258. Прогнозирование озонного истощения 259.
Использование пластиковых лент ..........262
Факторы, определяющие концентрацию дихлорфоса в воздухе 263. Скорость выделения из пластиковой ленты 263. Оценка концентраций в помещении 264. Факторы, влияющие на концентрацию дихлорфоса в воздухе 265.
2,4-В-эфиры в поверхностных водах.........268
Гидролиз 268. Фотолитическая деструкция 269. Потери за счет испарения 270. Сравнительные эффекты 271.
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ..........273
