Эколого-геохимическое картирование урбанизированной территории на примере ванадия

О дефиците ванадия  в организме медики и биохимики  говорят редко – такие случаи единичны, однако с ним бывают связаны  нарушения углеводного обмена и  особые проявления шизофрении. 

В целом какие-либо определённые симптомы выделять не принято, но подопытные животные, если их лишали ванадия, хуже размножались; у них плохо росли зубы и кости, а также хрящевая и мышечная ткани. 

Некоторые американские исследователи считают, что недостаток ванадия, вместе с нехваткой цинка  и хрома, играет не последнюю роль в развитии сахарного диабета. 

Дефицит ванадия  приводит к снижению уровня холестерина  – как «плохого», так и «хорошего», и увеличению общего объёма эритроцитов  в крови. 

Когда коз кормили  пищей, в которой практически  не было ванадия, у них резко увеличилась смертность новорождённых, участились случаи выкидышей, деформировались кости задних конечностей, а объём щитовидной железы увеличился. 

Другой опыт показал, что крысы, у которых  плохо работала щитовидная железа, начинали чувствовать себя лучше, когда им вводили ванадий. 

Чаще говорят  об избытке ванадия, когда он попадает в организм человека из-за неблагоприятных  экологических факторов: вместе с  парами бензина и мазута; из-за токсических  выбросов при производстве стекла или  асфальта, работы металлургических заводов и т.д. 

Избыток ванадия  в организме приводит к повышению  кровяного давления, заболеваниям нервной  системы – например, депрессии  или рассеянному склерозу. 

Вообще ванадий  считается токсичным элементом, и его избыток, обычно связанный с экологией и особенностями производства, может вызывать различные нарушения и отравления. 

Так, у рабочих, занятых на производстве, где в  организм может постоянно попадать ванадий, возникают воспалительные заболевания кожи и слизистых  оболочек глаз и дыхательных путей. 

В дыхательных  путях к тому же скапливается слизь, развивается астма; в крови уменьшается  количество лейкоцитов; возникает анемия, появляются экземы и дерматиты. 

Животные реагируют  на избыток ванадия почти так  же, как и на недостаток: они плохо растут, и у них гибнет потомство. 

Принимать ванадий  дополнительно медики не рекомендуют, так как потребность в нём  у человека небольшая, однако необходимо следить, чтобы продукты, содержащие ванадий, присутствовали в рационе  в достаточном количестве. 

В организме  ванадий может взаимодействовать  с хромом и белками – они  снижают его токсическое действие. Повысить токсичность ванадия могут  аскорбиновая кислота, соединения железа и алюминия. 

Чтобы вывести  из организма избыток ванадия, медики обычно назначают препараты хрома и этилендиаминтетрауксусную кислоту – аминокислоту ЭДТА, применяемую в медицине для выведения тяжёлых металлов и снятия последствий отравления токсичными веществами. 

В Аргентине  проводились опыты с введением  соединений ванадия в пищу быков и свиней. При этом у животных улучшался аппетит, и они быстро прибавляли в весе. Известно также, что плесень «черный аспергил» развивается нормально только в присутствии солей ванадия. Все факты говорят о том, что ванадий играет определенную роль в жизненных процессах, но какую именно – это еще предстоит уточнить. 

Впрочем, даже металлургам, которые в познании элемента №23 пошли дальше ученых других специальностей, предстоит узнать о ванадии еще  многое. А химикам, особенно тем, которые изучают механизм каталитического действия различных веществ, – еще больше. 

Недостаток ванадия  может сопровождаться снижением  уровня холестерина и повышением содержания триглицеридов, печеночных липидов и фосфолипидов в плазме крови, увеличением гематокрита.

При выращивании  коз на диете, специально обедненной ванадием, наблюдалось увеличение числа  выкидышей и смертности среди  новорожденных животных. При этом наступление смерти часто сопровождалось судорогами (конвульсиями). У опытных  животных отмечалась деформация скелета (задних конечностей) и увеличение объема щитовидной железы. В опытах на крысах было показано, что введение ванадия на фоне дефицита йода или действия других струмогенных факторов, способно оказывать положительный эффект на восстановление функций щитовидной железы.

 Ванадий - элемент мало кому из нас знаком. А между тем он играет важную роль в повышении защитных функций организма. Он стимулирует движение фаоцитов —- клеток, поглощающих болезнетворные микробы и все «лишнее» в крови, очищая тем самым кровь и повышая невосприимчивость организма к инфекциям. В последние годы стало известно, что в сочетании с другими минеральными веществами ванадий замедляет процессы старения. Поэтому надо знать, в каких продуктах питания и в каком количестве он содержится. 

Такие продукты, как творог, мясо, макароны, обработанные зерна, конфеты, шоколад, сливки, какао, ванадия не содержат. 

Поступление ванадия  с водой незначительно. 

Суммируя различные  источники, можно сказать, что ванадий - это микроэлемент, участвующий в регулировании углеводного обмена, сердечно-сосудистой деятельности (в частности, уменьшает выработку холестерина). Ванадий участвует также в процессах формирования костей и зубов, роста и метаболизма жиров, а также стимулирует рост и репродукцию клеток, действуя при этом как противораковое средство. Ванадий вместе с цирконием, сопутствуя серебру, благотворно действует на функции паренхиматозных органов (печень, селезенка, легкие), щитовидной и поджелудочной желез, гипофиза, половых органов, мышечной системы. 

 Хотя дефицит  ванадия у человека - редкое явление,  однако у подопытных животных  нехватка ванадия приводит к  ухудшению роста зубов, костей, хрящей и мускулов, а также  ослаблению функции размножения.  Существуют также американские  данные о том, что недостаток ванадия связан с развитием диабета. По крайней мере дефицит ванадия, наряду с недостатком хрома и цинка, является одним из важнейших индикаторов симптомов диабета. Депонируется ванадий в основном в костных и жировых тканях. 

 Уровень суточной потребности организма человека в ванадии не установлен, но по экспертным оценкам составляет около 2 мг в день. 
 

 Позднее ванадий  обнаружили в керченских железных рудах, и было налажено производство отечественного феррованадия. Богатейшими источниками  ванадия оказались уральские титаномагнетиты. Вместе с керченской рудой они освободили нашу промышленность от необходимости ввоза ванадия из-за рубежа. В 1927 г. ванадий был обнаружен в Сулейман-Сае, около нынешнего г. Джамбула. В наши дни поставщиками ванадия стали также месторождения центрального Казахстана, Киргизии, Красноярского края, Оренбургской области. В горе Качканар на Урале заключено 8 млрд т железной руды, и разработка ее началась лишь в 60-е годы. Руда эта беднее, и... ценнее руд всемирно известных железных гор – Высокой и Благодати, потому что из недр Качканара добывается не только железо, но и ванадий. 

 Еще в прошлом веке ванадии был впервые обнаружен в составе некоторых растений, после чего присутствие элемента №23 в углях, торфе и сланцах перестало казаться странным. Один из растительных «собирателей» ванадия хорошо знаком каждому – это ядовитый гриб бледная поганка. В крови некоторых обитателей морей и океанов – морских ежей и голотурий содержание ванадия достигает 10%. Предполагается, что ванадий играет здесь ту же роль, что железо в гемоглобине. Но это утверждение – гипотетическое. Другие ученые придерживаются мнения, что роль ванадия в этом случае сравнима с ролью магния в хлорофилле, иными словами, ванадий, содержащийся в крови голотурий, участвует прежде всего в процессах питания, а не дыхания. 

 В Аргентине проводились опыты с введением соединений ванадия в пищу быков и свиней. При этом у животных улучшался аппетит, и они быстро прибавляли в весе. Известно также, что плесень «черный аспергил» развивается нормально только в присутствии солей ванадия. Все факты говорят о том, что ванадий играет определенную роль в жизненных процессах, но какую именно – это еще предстоит уточнить. Впрочем, даже металлургам, которые в познании элемента №23 пошли дальше ученых других специальностей, предстоит узнать о ванадии еще многое. А химикам, особенно тем, которые изучают механизм каталитического действия различных веществ, – еще больше.

Встречаемость и распространение в воздухе, воде, поведение его в техносфере 
 

 При обычной температуре ванадий не подвержен действию воздуха, отличается высокой химической стойкостью в морской воде, водных растворах минеральных солей, довольно стоек к действию разбавленной соляной кислоты, не взаимодействует на холоду с разбавленными азотной и серной кислотами. По коррозионной стойкости в соляной и серной кислотах ванадий значительно превосходит титан и нержавеющую сталь. Он реагирует с плавиковой кислотой, концентрированными азотной и серной кислотами, "царской водкой", не взаимодействует с растворами щелочей, но в расплавах щелочей в присутствии воздуха окисляется с образованием ванадатов. 

 При 600-700 °С  ванадий интенсивно окисляется  вплоть до высшего оксида —  V205. Выше 700 °С в токе азота он  образует нитрид VN (желтые кристаллы, 1Ш = 2360 °С), отличающийся высокой химической стойкостью; с углеродом и углеродсодержащими газами выше 800 "С — карбид VC (черные кристаллы, tm = 2830 °С), обладающий высокой твердостью; с галогенами — галогениды и оксогалогениды, из которых практический интерес представляют VF5, VF3, VC14, VC13, VC12, VOCl3. В атмосфере с избытком хлора ванадий сгорает, образуя VC14. С серой он образует сульфиды: V2S2, V2S3 и V2S5 — вещества темно-коричневого или черного цвета, которые на воздухе окисляются с образованием V205 и S02. 

  В воде ванадий образует устойчивые анионные комплексы. В миграции ванадия существенна роль его растворенных комплексных соединений с органическими веществами, особенно с гумусовыми кислотами. Концентрация ванадия в природных водах ничтожна - сотые и тыс. доли мг/л. В таких количествах ванадий не оказывает сколь-нибудь значительного влияния на качество воды. Очевидно этот факт и является причиной того, что ни ВОЗ, ни USEPA, ни ЕС содержание ванадия в воде не нормируют. По российским нормам предельно допустимая концентрация ванадия для питьевой воды составляет 0.1 мг/л. Практически такие концентрации могут встречаться только при проникновении в подземные воды ванадийсодержащих сточных вод.

Химически ванадий  довольно инертен. Он стоек к действию морской воды, разбавленных растворов соляной, азотной и серной кислот, щелочей. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Характеристика  урбанизации зон 
 

Мурманская область, в Российской Федерации. 144,9 тыс км2. Население 872,8 тысяч человек (на 2005 год), городское население составляет около 92%. Этнический состав таков по убыванию: русские, украинцы, белорусы, татары, саамы, финны, карелы и прочие малочисленные народы. 5 районов: Ковдорский, Кольский, Ловозерский, Печенгский, Терский, 16 городов (6 городов с подведомственной территорией: Апатиты, Кандалакша, Кировск, Мончегорск, Оленегорск, Полярные Зори), 16 поселков городского типа.

Административный  центр — Мурманск. Другие крупные  города: Мончегорск, Кандалакша, Апатиты, Кировск, Оленегорск. Образована 28 мая 1938. Входит в состав Северо-Западного федерального округа. 

 Область находится  на Кольском полуострове большей  частью за Северным полярным  кругом. На юге она граничит  с республикой Карелия, на западе  граничит с Норвегией и Финляндией. Омывается Белым и Баренцевым  морями. 
 
 

Мурманская область  расположена на Балтийском кристаллическом  щите. Это поистине минералогическая сокровищница, не имеющая себе равных по разнообразию минералов и полезных ископаемых. Более 700 минералов (1/4 от всех известных на Земле) открыто в ее недрах. Более 100 из них не встречаются нигде больше. 

Основные полезные ископаемые на территории области —  апатит (Хибинские месторождения  апатит-нефелиновых руд). Апатит —  ценное сырьё для фосфорных удобрений  — добываются на территории Мурманской области с довоенных времен, нефелин используется для выработки глинозёма — сырья для алюминиевой промышленности, получения соды и производства цемента. Во вторую очередь идут железные руды (около 10 % российской добычи) Оленегорского и Ковдорского месторождений. На Ковдорском месторождении также добывается апатит, руда циркония (бадделеит), слюда-флогопит (крупнейшие мировые запасы). Медно-никелевые руды Печенгской и Мончегорской группы месторождений дают стране помимо никеля и меди такие металлы как кобальт, платина, осмий, иридий и многие другие. Также производится добыча нефти на шельфе Баренцева моря, здесь же разведано одно из крупнейших в мире газовых — Штокмановское месторождение. Крупнейшие в стране запасы редкоземельных металлов сосредоточило в своих недрах уникальное Ловозерское месторождение. Практически неограниченные запасы алюминиевого сырья (Кейвы), граната. Там же имеются залежи литиевых руд, редких металлов. Ведется добыча слюды-мусковита, пегматитов.