Судьба ксенобиотиков в биогеоценозах. Взаимодействие биотических и абиотических факторов при превращениях ксенобиотиков в биосфере.

Важное значение имеют скорости превращений ксенобиотиков в экосистеме. Высокая скорость превращения обычно приводит к исчезновению вещества и, следовательно, к исчезновению проблемы, связанной с загрязнением окружающей среды; при медленном разрушении вещество сохраняется длительное время, что может приводить к его концентрированию.

Ксенобиотики, попадающие в экосистемы, могут претерпевать следующие основные этапы дальнейшей трансформации:

1,реакции превращения: распад ксенобиотиков, окислительно-восстановительные и гидролитические реакции, реакции конъюгации;

2,адсорбция на частицах биологического и абиотического происхождения;

3,переход из одной среды в другую.

Судьба ксенобиотика в экосистеме зависит от целого ряда факторов и их взаимодействия. Например, распад (деградация) ксенобиотиков может осуществляться под действием ферментов, а также чисто физико-химическим путем - вследствие фотолиза (действия света) или гидролиза (взаимодействия с водой).

Фотохимические превращения. Солнечная радиация хорошо поглощается некоторыми молекулами и во многих случаях способна индуцировать изменения в молекуле. Ионизирующее излучение, также присутствующее в окружающей среде, но оно менее концентририванное и не может вызвать заметный эффект. Энергия инфракрасного излучения достаточна лишь для продуцирования минимальных молекулярных изменений, но не для полного превращения молекул. Ультрафиолетовое излучение также поглощается молекулами некоторых ксенобиотиков. Фотохимические превращения проходят в три стадии:

1поглощение излучения определенной длины волны и переход моле­кулы ксенобиотика в возбужденное состояние;

2преобразование электронно-возбужденного состояния и переход мо­лекулы в невозбужденное состояние (первичный фотохимический процесс)',

3образования различных веществ в результате первичного фотохи­мического процесса (вторичные, или «темновые»реакции).

Степень деструкции ксенобиотика в фотохимических процессах зависит от:

его способности перемещаться в атмосфере или оставаться на по­верхности. Ксенобиотики, легко проникающие в глубь почвы, не доступны для фотохимического разрушения;

от свойств самого ксенобиотика. Вещество должно поглощать электромагнитное излучение в доступном интервале длин волн и, кроме того, обладать потенциальной способностью к химическому изменению, т. е. иметь связи, реагирующие на воздействие излучения, которые при соответствующих уровнях энергии могут перестраиваться или разрываться.

Окислительно-восстановительные превращения. Окислительно-восстановительные процессы имеют важное значение, так как:

-окисленные и восстановленные формы данного ксенобиотика могут существенно различаться по биологическими экологическим свойствам;

-значительная вариация окислительных или восстановительных ус­ловий в окружающей среде влияет на трансформацию ксенобиотиков.

Гидролиз. Реакции гидролиза обусловлены способностью вещества вступать в реакции с водой. Гидролиз зависит от распределения зарядов в веществе и от pH среды.

Водородные ионы и другие группы с дефицитом электронов называются электрофильными. Электрофильные группы особенно сильно притягиваются к атому с небольшим отрицательным зарядом, к неподеленной электронной паре или электронам двойной связи. Вещества с избытком несвязывающихся электронов являются нуклеофилами. Например, эфиры могут гидролизоваться путем катализа кислотой или основанием либо в результате непосредственного взаимодействия молекулы воды с эфиром в нейтральной среде.

Адсорбция ксенобиотиков на частицах. Доступность ксенобиотика для ферментов и, следовательно, возможность его деградации снижаются в результате сорбции его молекул на частицах биологического или абиотического происхождения.

Конъюгация. Ксенобиотик в форме конъюгата, образовавшегося внутри живого организма, попадает в почву или в воду и продолжает циркулировать в биогеоценозе. Продукты конденсации некоторых пестицидов с веществами растений разлагаются медленнее, чем исходные вещества.

Переходы веществ из одной среды в другую. Таковы переходы ксенобиотиков из воды в воздух и обратно, из организмов в воду и обратно, из почвы в воду и т. д. Например, летучесть ряда пестицидов - переход в результате испарения из почвы или воды в воздух - обусловливает их дальнейший перенос на большие расстояния.

Ксенобиотики переносятся воздушными массами и в значительных количествах выпадают в виде пыли и с атмосферными осадками. Так, ксенобиотик может переноситься из южного полушария в северное и загряз­нять среду даже в тех регионах, где его применение полностью запрещено.