12.6. Кадмій, хром, алюміній

Серед мікроелементів, які при певних концентраціях у воді виявляють високу токсичність, є особливо небезпечні забрудники водного середовища, які в мікродозах негативно впливають на функціональний стан водних екосистем. До таких, зокрема, належать кадмій і хром.

Кадмій займає 67-ме місце за поширенням на земній поверхні. Цим пояснюється, що тривалий час на нього мало звертали увагу як на можливий екологічний фактор гідросфери.

У водне середовище він переходить з такими мінеральними сполуками, як CdO, CdS, CdCl₂·H₂O, 3CdSO₄·8 H₂O та інші. Важливим джерелом забруднення водних об’єктів є сульфідні руди та стічні води підприємств кольорової металургії та хімічні заводи. Вже в мікродозах кадмій виявляє високу токсичність.

Середня концентрація кадмію у морській воді становить 0,11 мкг/дм³. В прісних водоймах України його вміст коливається в досить значному діапазоні величин. Так, в Запорізькому водосховищі концентрація кадмію становить 0,30–10,40, а в Каховському – 0,30–4,80 мкг/дм³. У донних грунтах вміст кадмію значно вищий. Так, для верхнього 5 см шару донних грунтів дніпровських водосховищ він коливається в межах від 0,6 до 3,9 мг/кг сухої маси.

Кадмій проявляє високу токсичність для гідробіонтів різних трофічних рівнів. Уже в дозі 0,02–1,00 мкг/дм³ спостерігається пригнічення реакції фотосинте­зу у вищих водяних рослин, а починаючи з 1 мкг/дм³, чітко проявляється його токсична дія. При концентрації кадмію у воді 0,003–0,5 мг/дм³ гине протягом 72 годин до 50 % прісноводних безхребетних, а у риб (річкова форель) при концентрації 4 мкг/дм³ значно пригнічується ферментативна активність тканин печінки та деяких інших органів. Токсичність кадмію у воді залежить від наявності інших речовин, з якими він може утворювати комплексні сполуки. Так, при комплексоутворенні з органічними речовинами, зокрема з гуміновими та фульвокислотами, його токсичність різко знижується.

До числа небезпечних забрудників водного середовища належить хром. У природі він зустрічається переважно у вигляді окиснених сполук – мінералів: хроміту (FeCr₂O₄), крокоіту (PlCrO₄), уваровіту (Ca₃Cr₂(Sі O₄)₃ та інших. У сполуках він проявляє ступінь окиснення +2, +3, +6. У водному середовищі найбільшу небезпеку становлять сполуки хрому в ступені окиснення +6, які проявляють високу токсичну та канцерогенну дію. Для водойм рибогосподарського призначення ГДК хрому (VI) становить 1 мкг/дм³.

Вміст хрому у водоймах України залежить не стільки від природних факторів, як від його антропогенного надходження. Так, у воді дніпровських водосховищ концентрація хрому коливається у досить широких межах. Особливо вона зростає у водосховищах Півдня України, по берегах яких розташовані великі металургійні і хімічні комбінати (табл. 16).

Таблиця 16

Вміст хрому у воді і донних відкладах деяких водних об'єктів України

Водні об'єкти	Вода (мкг/дм^3)	Донні відклади 5 см поверхневого шару (мг/кг сухої маси)
Водосховища Дніпра
Київське	6,0–46,7	27,3–48,6 (34,8)
Канівське	4,5–58,0
Кременчуцьке	5,8–78,6	29,5–58,6 (43,8)
Запорізьке	6,7–92,5	91,6–147,5 (118,0)
Каховське	9,2–112,0	42,5–112,0 (66,8)
Лимани
Дніпровсько-Бузький	14,5–123,0	86,5–176,0 (125,8)
Дністровський	14,3–108,5
Річки
Дунай (Кілійська дельта)	12,6–168,0
Гирло Дністра	26,0–142,0

Примітка. Вказані граничні величини; в дужках – середні концентрації.

Таблиця складена за даними П.М. Линника (1999).

Токсичність хрому виявляється в залежності від його загальної концентрації та наявності у воді органічних речовин, зокрема гумусових речо­вин, білковоподібних та вуглеводних сполук, з якими він утворює комплекси. Так, частка хрому, зв’язаного з гумусовими речовинами у дніпровських водосховищах у літньо-осінній період досягає 45–58 % сумарного вмісту його комплексних сполук.

Серед елементів, які постійно надходять у водні екосистеми із водами з водозбірної площі, є алюміній. У глинистих грунтах його вміст досягає 10–18 %, піщаних – 2–5, а торф'янистих – 0,1–0,5 %. Гумінові і фульвокислоти водного середовища прискорюють вимивання алюмінію з грунтових частинок, які надходять у водне середовище.

У сполуках алюміній проявляє ступінь окиснення +3; легко окиснюється до Al₂O₃. Такі сполуки розчиняються у водних розчинах, що мають лужну реакцію. Для водних екосистем найбільше значення мають сполуки алюмінію з кремнієвою кислотою, внаслідок чого утворюється ціла група силікатних мінералів, зокрема коаліт (Al₄[Sі₄O₁₀]·(OH)₈), галузит (Al₄[Sі₄O₁₀]·(OH)₈·4H₂O), цеоліт та інші. Алюмосилікати – найпоширеніші сполуки земної поверхні, які поступово вивіт­рю­ються і руйнуються, в результаті чого утворюються звичайні глини, основою яких є продукти розпаду сполук алюмінію – кварц і каолін. Надходячи у воду і осідаючи на дно водойм, вони впливають на формування донних грунтів.

Алюміній виявляє токсичний вплив на водяні організми. Так, гостра токсичність Al(NO₃)₃ для дафній виявляється при концентрації 5 мг/дм³. Нітрат алюмінію у такій же концентрації викликає у форелі різні порушення координації рухів, перекидання набік. Токсичний і сульфат алюмінію. При концентрації 10 мг/дм³ у м'якій воді під його впливом уже через 5 годин гине триголкова колюшка, а при концентрації 0,1 мг/дм³ смерть наступає через 6 діб. Токсичність хлориду алюмінію виявляється по відношенню до безхребетних і риб при концентрації 5 мг/дм³.

У донних грунтах гідроксиди алюмінію зв'язують фосфати, переводячи їх у менш розчинну і менш доступну для рослин сполуку. У невеликих концентраціях алюміній може стимулювати ріст і розвиток рослин. Але вже в концентраціях від 10 до 60 мг/кг грунту він пригнічує їх розвиток, порушуючи фосфорне живлення.