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Muitos produtos químicos diferentes são considerados poluentes, variando de íons inorgânicos simples a moléculas orgânicas complexas.
Os poluentes da água são todos divididos em várias classes. Cada classe de poluentes tem suas próprias maneiras específicas de entrar no meio ambiente e seus próprios perigos específicos. Todas as classes contêm poluentes importantes que muitas pessoas conhecem, devido aos vários efeitos sobre a saúde.
Poluentes orgânicos
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Os compostos orgânicos são compostos que consistem em ligações longas, geralmente feitas de carbon. Muitos compostos orgânicos são tecidos básicos dos organismos vivos. Moléculas construídas de carbono e de carbono e hidrogênio não são polares e têm pouca ou nenhuma solubilidade em água. Eles têm pouca ou nenhuma carga elétrica.
O comportamento dos compostos orgânicos depende de sua estrutura molecular, tamanho e forma e da presença de grupos funcionais que são importantes determinantes de toxicidade.
É importante conhecer a estrutura dos compostos orgânicos, a fim de prever seu destino nos organismos vivos e no meio ambiente. Os compostos orgânicos perigosos para o meio ambiente são todos feitos pelo homem e só existiram durante o século passado.
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Organic pollutant: oil
(environmental disaster in Spain)
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Existem muitos tipos diferentes de poluentes orgânicos. Os exemplos são:
- Hidrocarbonetos. Estas são ligações carbono-hidrogênio. Eles podem ser divididos em duas classes, a primeira sendo alcanos de ligação simples, alcenos de ligação dupla e alcinos de ligação tripla (gases ou líquidos) e a segunda sendo hidrocarbonetos aromáticos, que contêm estruturas em anel (líquidos ou sólidos). Os hidrocarbonetos aromáticos como os PAHs são muito mais reativos do que qualquer um dos tipos de hidrocarbonetos de primeira classe.
- Os PCBs são fluidos estáveis e não reativos usados como fluidos hidráulicos, fluidos refrigerantes / isolantes em transformadores e plastificantes em tintas. Existem muitos PCBs diferentes. Nenhum deles é solúvel em água. Em muitos países, os PCBs são restritos.
- Os inseticidas como o DDT são muito perigosos porque se acumulam nos tecidos adiposos dos animais inferiores e, em seguida, entram na cadeia alimentar. Eles foram restringidos por décadas.
- Detergentes. Eles podem ser polair e não polair.
Dê uma olhada também em detergents in freshwater e organic pollution in freshwater
Fertilizantes inorgânicos
Alguns poluentes inorgânicos não são particularmente tóxicos, mas ainda representam um perigo para o meio ambiente porque são usados extensivamente. Isso inclui fertilizantes, como nitrates e phosphates. Nitratos e fosfatos causam florescimento de algas nas águas superficiais, o que causa o oxygen nível da água diminuir. Isso causa falta de oxigênio por causa da absorção de oxigênio por microrganismos que eliminam as algas. Isso é chamado de eutrofização.
Metais
A primeira classe à qual nos referiremos aqui são os metais. Os metais são bons condutores de eletricidade e geralmente entram em reações químicas como íons positivos, conhecidos como cátions. Os metais são substâncias naturais que consistiram no intemperismo dos corpos de minério, onde foram depositados durante a ação vulcânica. Eles podem ser realocados em situações onde possam causar graves danos ambientais. Exemplos de metais são: lead, zinc, manganese, calcium and potassium. Eles podem ser encontrados em águas superficiais em suas formas iônicas estáveis. Os metais não naturais podem ser muito perigosos, porque freqüentemente vêm de reações nucleares artificiais e podem ser fortemente radioativos.
Os metais podem reagir a produtos perigosos com outros íons. Freqüentemente, estão envolvidos em reações de transferência de elétrons envolvendo oxigênio. Isso pode levar à formação de oxirradicais tóxicos.
Os metais podem formar metalóides e, em seguida, ligar-se a compostos orgânicos para formar substâncias lipofílicas que costumam ser altamente tóxicas e podem ser armazenadas no suprimento de gordura de animais e humanos. Os metais também podem se ligar a macromoléculas celulares no corpo humano.
Os metais pesados são os metais mais perigosos. Eles têm uma densidade maior que 5 e, portanto, são chamados de pesados.
Os metais não podem ser decompostos em componentes menos nocivos, pois não são biodegradáveis. A única chance que os organismos têm contra os metais é armazená-los nos tecidos do corpo onde não possam causar nenhum dano.
Os organismos precisam de metais, pois eles são essenciais para sua saúde e geralmente são componentes essenciais de enzimas.
Isótopos radioativos
As meias-vidas e as formas de decomposição dos isótopos radioativos determinam o quão perigosos eles são para os humanos. Os humanos criam todos os isótopos radioativos na indústria nuclear. Ainda há debates em andamento sobre se os benefícios da energia nuclear excedem os perigos da radiação radioativa. Quando um átomo de uma substância radioativa decai, ele pode produzir quatro tipos de partículas: alfa, beta, gama e nêutrons.
As partículas alfa só podem viajar uma curta distância através do ar e dos tecidos humanos, mas podem ser muito prejudiciais se colidirem com as células por causa de sua grande massa. Eles são carregados positivamente.
As partículas beta são mais penetrantes, mas causam muito menos danos do que as partículas alfa. Eles são carregados negativamente.
Os raios gama são altamente penetrantes. Seu dano é semelhante ao dos raios beta.
Os nêutrons são liberados por meio da radiação e reagem com outros elementos por meio da colisão. Eles são a base para a fissão nuclear em um reator.
A radioatividade de uma substância é medida em bequerels, mas não expressa a quantidade de dano ao tecido que a radiação causa. É por isso que a quantidade de radiação que faz com que 1 kg de tecido absorva 1 joule de energia agora é expressa em tons de cinza. Diferentes tipos de radiação podem causar diferentes tipos de danos, porque a energia é transmitida aos tecidos de maneiras diferentes. Isso é expresso em sieverts. Uma quantidade de radiação alfa pode causar vinte vezes o dano da mesma quantidade de radiação beta. A matéria radioativa deve ser mantida em armazenamento por diferentes períodos de tempo, a fim de eliminar o perigo. O tempo de armazenamento depende da meia-vida dos isótopos; o tempo que leva para a metade dos átomos de um isótopo radioativo decair.
A descarga de água de esgoto representa uma importante fonte global de poluição. Os resíduos domésticos e industriais são descarregados nas águas superficiais através dos sistemas de esgoto. Em alguns casos, os resíduos industriais são lançados diretamente nas águas superficiais. A qualidade da água de esgoto que entra nas águas de superfície depende dos poluentes que estão presentes na água de esgoto e da extensão em que ela é tratada antes de entrar em contato com a água de superfície.
A água de esgoto doméstico consiste principalmente em papel, sabão, urina, fezes e detergentes. Os resíduos industriais são variados e dependem dos processos específicos das fábricas de onde se originam.
Os metais pesados estão associados às operações de mineração e fundição, clorofenóis e fungicidas com fábricas de celulose, inseticidas com fábricas anti-traça, vários produtos químicos orgânicos diferentes com a indústria química e substâncias radioativas com usinas nucleares.
Em terra, as descargas de resíduos industriais são controladas de perto, mas a extração offshore de petróleo e manganês leva à descarga direta de poluentes nos mares. Os resíduos radioativos são despejados no mar em grandes barris de concreto para se decompor, mas muitas vezes os barris começam a apresentar defeitos depois de um tempo. Representantes de fábricas freqüentemente enviam resíduos para o mar para despejá-los ilegalmente, porque é muito caro ter sua água purificada.
O óleo é lançado no mar por meio de navios petroleiros e naufrágios e pesticidas são aplicados na água para controlar as pragas aquáticas. As tintas nos barcos se deterioram durante longas viagens no oceano e acabam indo parar na água.
Durante o período de crescimento das culturas, os nitratos e fosfatos são absorvidos pelas plantas, mas quando as plantas morrem, são libertados do material vegetal morto para o solo e acabam frequentemente nas águas superficiais.
Exceto pelas causas deliberadas da poluição das águas superficiais, os poluentes também podem entrar no ambiente aquático acidentalmente, por exemplo, por deposição atmosférica. Os pesticidas podem entrar nas águas superficiais facilmente dessa forma, porque são aplicados como gotas ou sprays. Os poluentes presentes na terra podem entrar nas águas superficiais através de chuvas fortes ou infiltrar-se no solo e entrar nas águas superficiais através das águas subterrâneas.
Os efeitos dos poluentes são notados principalmente em pequenos mares e lagos interiores. Isso ocorre porque os oceanos têm um sistema de diluição natural para os poluentes que chegam, enquanto os lagos não têm um escoamento eficaz. Devido a isso, muito depende da taxa de degradação e precipitação que removerá os poluentes da água.
Os poluentes podem existir na água em diferentes estados. Podem estar dissolvidos ou em suspensão, o que significa que existem na forma de gotículas ou partículas. Os poluentes também podem ser dissolvidos em gotículas ou absorvidos por partículas. Todos os estados de poluentes podem viajar grandes distâncias através da água de muitas maneiras diferentes.
O material particulado pode cair no fundo de riachos e lagos ou subir à superfície, dependendo de sua densidade. Isso significa que geralmente permanece no mesmo local quando a água não flui muito rápido. Nos rios, os poluentes costumam viajar grandes distâncias. A distância que viajam depende da estabilidade e do estado físico do poluente e da velocidade do fluxo do rio. Os poluentes podem viajar mais longe quando estão em solução em um rio que flui rapidamente. As concentrações em um local são geralmente baixas, mas o poluente pode ser detectado em muitos mais locais do que quando não seria transportado tão facilmente.
Em lagos e oceanos, os poluentes são transportados por meio de correntes. Existem muitas correntes nos oceanos, que são impulsionadas pelo vento. Isso permite que um poluente viaje de um continente para outro.
Normalmente contamos com a capacidade dos oceanos de reduzir a concentração de poluentes, a chamada 'capacidade de autolimpeza' dos oceanos. Mas nem sempre funciona, porque o movimento das correntes nos oceanos não é uniforme. Isso faz com que as águas costeiras frequentemente tenham níveis substancialmente mais altos de poluição do que o mar aberto.
Quando poluentes persistentes se acumulam em peixes ou aves marinhas, eles não podem apenas se tornar um perigo tóxico para as cadeias alimentares aquáticas, mas também podem viajar grandes distâncias dentro desses animais e acabar nas cadeias alimentares de áreas não poluídas.
Physical processes determine the movement of chemicals within water; movement depends upon properties of the chemicals themselves and properties of the water. These processes will be overviewed here.
A água é um líquido polar. Isso significa que o oxygen átomo em uma molécula de água atrai os elétrons do hydrogen átomos, de modo que estes desenvolvem cargas positivas parciais. O átomo de oxigênio recebe uma carga negativa parcial, por meio da qual pode atrair átomos de outras moléculas de água para formar ligações de hidrogênio. Em compostos apolares, como os hidrocarbonetos, dificilmente há separação de carga e, conseqüentemente, eles não se dissolvem na água.
A água tende a formar agregados nos quais quatro outras moléculas circundam cada molécula de água. Os cátions e os ânions têm afinidade com as partes da água que carregam uma carga oposta, de modo que os agregados de água são rompidos e os íons se dissolvem. Muitos sais orgânicos e compostos orgânicos polares são solúveis em água, mas os líquidos orgânicos apolares não são.
A partir disso, podemos concluir que as moléculas que podem realizar a separação de cargas podem se dissolver facilmente em água, enquanto as moléculas que não possuem cargas não são muito solúveis em água.
Uma consequência da polaridade é o efeito hidrofóbico. No processo de formação de agregados com moléculas carregadas, a água exclui ativamente as substâncias apolares. Isso leva à formação de bicamadas de fosfolipídios, que contribuem para o movimento de poluentes hidrofóbicos através das membranas.
O nível de hidrofobicidade é determinado pelo coeficiente de partição água / octanol. A concentração de um composto no octanol é dividida pela concentração na água. Quanto maior o número que resulta desse cálculo, mais hidrofóbico é o composto em questão.
Se um composto permanece na água também é determinado por sua pressão de vapor. Pressão de vapor significa a tendência de um líquido ou sólido se volatilizar. A pressão do vapor aumenta quando a temperatura aumenta, conforme as moléculas de superfície aumentam em energia cinética. Então, mais moléculas em uma solução aquosa têm a tendência de vaporizar, o que significa que não estão mais em solução.
A partição do produto químico entre os diferentes compartimentos ambientais ar, água e solo é outro fator importante. A tendência de escape ou 'fugacidade' de uma substância determina o movimento de um compartimento para outro.
A estabilidade molecular é um fator que determina o tempo que um produto químico permanece no meio ambiente e as distâncias que ele pode viajar. No meio ambiente, processos químicos e bioquímicos, como hidrólise e oxidação, decompõem os produtos químicos. A degradação não é determinada apenas pela estabilidade do produto químico, mas também pelos fatores ambientais: temperatura, nível de radiação solar, pH e natureza da superfície absorvente. Por exemplo, o pH da água determina a solubilidade dos metais em água. Às vezes, a biotransformação de um composto no ambiente durante a decomposição não é muito positiva, pois pode levar ao aumento da toxicidade de um produto químico.
Quando a poluição entra no corpo de um organismo, ela causa uma variedade de mudanças. Essas alterações podem servir para proteger o organismo contra efeitos nocivos ou não.
A primeira resposta de um organismo aos poluentes é colocar em ação um mecanismo de proteção. Na maioria dos casos, esses mecanismos mantêm a desintoxicação dos poluentes, mas em alguns casos eles produzem substâncias ativas que podem causar mais danos à célula do que o poluente original.
Outra resposta é reduzir a disponibilidade de poluentes, ligando-os a outra molécula, para excretá-los ou armazená-los.
Além dos mecanismos de proteção, um organismo também pode colocar em ação um mecanismo que repara os danos causados pelos poluentes.
A resposta à toxicidade e a absorção de poluentes não depende apenas do poluente que entra no corpo do organismo, mas também do tipo de organismo em questão.
Os poluentes da água podem ter diversos efeitos nos organismos, dependendo sempre do poluente e do organismo em questão. Aqui, os efeitos gerais que um poluente pode ter são discutidos.
Genotoxicidade
Muitos compostos que entram no corpo de um organismo são conhecidos por causar danos ao DNA. Esses compostos são chamados de genotoxinas, devido ao seu efeito genotóxico.
Normalmente, quando os poluentes danificam o DNA, um sistema de reparo natural em um organismo o faz retornar ao seu estado normal, mas quando isso dá errado por qualquer razão em particular, as células com DNA danificado podem se dividir. Em seguida, células mutantes são produzidas e o defeito pode se espalhar, fazendo com que a descendência do organismo em questão tenha defeitos graves que muitas vezes são muito prejudiciais à saúde.
Exemplos de genotoxinas são PAH's, aflatoxina e cloreto de vinila.
Em todas essas genotoxinas, não é o composto original que reage com o DNA, pois este é relativamente estável. Produtos de vida curta altamente reativos produzidos a partir do composto original por enzimas geralmente causam as reações.
Carcinogenidade
Vários poluentes são cancerígenos, o que significa que podem induzir câncer no corpo de humanos e animais. Poluentes cancerígenos são poluentes que desempenham um papel em um ou mais dos estágios de desenvolvimento do câncer em um organismo.
Os poluentes podem ser indutores; isso significa que eles introduzem propriedades de formação de câncer nas células de um organismo. Eles também podem ser promotores, o que significa que promovem o crescimento de células com propriedades de formação de câncer. Finalmente, eles podem ser progressores, o que significa que estimulam a divisão desenfreada e a disseminação das células cancerosas. Quando uma dessas substâncias está ausente, o câncer não pode ser induzido.
Quando as células cancerosas são malignas, elas podem se espalhar rapidamente pelo corpo humano, causando defeitos nas células saudáveis e nos mecanismos de imunidade. Eles irão destruir células normais do corpo e causar câncer em órgãos e sistemas.
Neurotoxicidade
O sistema nervoso dos organismos é muito sensível aos efeitos tóxicos de produtos químicos, tanto naturais quanto produzidos pelo homem. Os produtos químicos que causam efeitos neurológicos são chamados de neurotoxinas. Exemplos de neurotoxinas perigosas são os inseticidas.
Todas as neurotoxinas perturbam de alguma forma a transmissão normal de impulsos ao longo dos nervos ou através das sinapses.
As consequências da neurotoxicidade são variadas. Eles podem ser tremores musculares descoordenados e convulsões, mau funcionamento dos nervos e transmissões, tontura e depressão, ou mesmo mau funcionamento total de partes do corpo. A neurotoxicidade pode ser tão séria que as sinapses são bloqueadas. O bloqueio sináptico causa a morte como resultado da paralisia dos músculos do diafragma e insuficiência respiratória.
Perturbação da transferência de energia
A transformação de energia nos organismos é feita por meio de sistemas de mitocôndrias nas células. Na mitocôndria, são produzidas moléculas de ATP, que transferem energia através do corpo de um organismo. Quando a produção de ATP é perturbada, a transferência de energia cessa. Isso deixará o organismo cansado, sem vida e incapaz de funcionar normalmente.
Falha reprodutiva
Poluentes que causam falha reprodutiva devido a danos aos órgãos reprodutivos são chamados de desreguladores endócrinos. Existem várias maneiras pelas quais um poluente pode atuar como um desregulador endócrino.
O primeiro é um químico estrogênico. Este é um produto químico que pode imitar um estrogênio ao se ligar ao receptor de estrogênio. Isso resulta na indução de processos estrogênicos, fazendo com que um organismo experimente falha reprodutiva devido a um distúrbio no sistema reprodutivo.
Uma substância química estrogênica também pode bloquear os efeitos dos estrogênios endógenos, ligando-se ao receptor estrogênico. Isso causa masculinização dos organismos femininos.
Também é possível que produtos químicos reprodutivos femininos sejam encontrados em organismos masculinos. Isso causa hermafroditas. O Imposex foi amplamente relatado em organismos marinhos, por exemplo, com búzios de cães por tributilestanho.
Outra série de problemas é causada quando os produtos químicos bloqueiam os locais dos receptores do hormônio. Nesse caso, a ação normal do hormônio é inibida, pois não pode reagir com o receptor. Isso pode causar infertilidade quando ocorre por um longo período de tempo.
Efeitos comportamentais
Todos os comportamentos são vulneráveis à alteração por poluentes. Os níveis de forrageamento podem se esgotar, resultando em produção reduzida. A vulnerabilidade aos predadores pode aumentar, devido ao esgotamento da vigilância. Dessas formas, os efeitos dos poluentes no comportamento resultam em produção reduzida e taxas de mortalidade mais altas.
Um resultado comum da poluição é a perda de apetite e, portanto, menor consumo de alimentos. A busca por presas também pode ser afetada, devido aos efeitos dos poluentes no aprendizado, na estratégia de busca e nos sistemas sensoriais.
Esses efeitos comportamentais causam menores chances de sobrevivência de organismos, principalmente animais.
Uma propriedade dos poluentes que deve ser sempre levada em consideração é a possibilidade de interagirem uns com os outros. As reações químicas que fazem com que os poluentes se combinem podem reduzir seu efeito químico geral, mas também podem aumentá-lo, tornando um poluente ainda mais perigoso para os organismos.
A toxicidade de produtos químicos na água pode ser testada com animais aquáticos como indicadores. Os testes de toxicidade com animais aquáticos estão principalmente preocupados com a absorção direta na água. Os produtos químicos podem estar em solução, em suspensão ou em ambos.
Para determinar os valores das concentrações letais, os organismos são expostos a diferentes concentrações. Quando ocorre um efeito, a concentração do efeito do produto químico é observada. Quando o animal de teste morre, a concentração letal é anotada. Desta forma, a toxicidade de um produto químico é determinada em um laboratory. Quando muitos dos animais de teste morrem com baixas concentrações de um produto químico, isso significa que o produto químico em questão é muito tóxico. Quando sabemos o quão tóxico é um produto químico, também conhecemos os efeitos desse produto químico quando uma determinada concentração está presente em um local.
A toxicidade de um produto químico para certos organismos aquáticos depende da concentração atual do produto químico e do tempo de exposição ao produto químico. O tempo de exposição a um produto químico durante um teste de toxicidade depende dos animais de teste que estão sendo usados. Daphnia é freqüentemente usado para certos testes de toxicidade. Esses testes geralmente levam apenas 24 a 48 horas. Em contraste, os testes de toxicidade em peixes demoram mais, geralmente de quatro dias a uma semana.
Os dados desses testes de toxicidade química não apenas mostram o quão tóxico é um determinado produto químico, mas também dão uma indicação da toxidade de um produto químico em relação a outros produtos químicos. Nem todos os testes de toxicidade funcionam para endpoints letais; às vezes, uma mudança no comportamento de um animal aquático é o indicador de toxicidade de um determinado produto químico.
Os testes de toxicidade são influenciados pelas propriedades do produto químico e pelo organismo em teste. A disponibilidade do produto químico para o organismo em teste é sempre um fator importante, porque a toxicidade de um produto químico diminui quando não está prontamente disponível para o organismo em teste.
Os laboratórios também podem realizar testes de toxicidade para produtos químicos presentes nos sedimentos da água atualmente.
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Um sistema de teste de toxicidade em peixes
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perigo de íons tóxicos da água de irrigação
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Para testes de toxicidade e respostas de toxicidade da vida aquática, confira toxicity to aquatic organisms
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