ХЕМИЈСКИ ЕЛЕМЕНТИ У ЗЕМЉИ И НА ЗЕМЉИ

Видојко Јовић

Земља је изграђена од различитих стена (магматског, седиментног и метаморфног порекла), које су састављене од различитих минерала (углавном силиката, карбоната, оксида), а ови су начињени од различитих хемијских елемената у различитим међусобним односима.

Површину Земље одликује неколико геосфера: литосфера, хидросфера, биосфера и атмосфера. Свака од њих има разноврстан хемијски састав који је резултат природних и антропогених процеса.

И док се природни процеси одвијају по природним законима уз веома мали утицај човека, дотле антропогени процеси и њихови ефекти све више утичу на површину Земље, односно животну средину.

Да би се утврдио степен загађености животне средине, неопходно је познавање природних концентрација хемијских елемената у различитим геосферама.

Сви елементи се по свом геохемијском афинитету могу поделити на:

• литофилне (афинитет према силикатима),

• халкофилне (према сулфидима),

• сидерофилне (према металном гвожђу) и

• атмофилне (према атмосфери).

Главни елементи у човеку су водоник, кисеоник и угљеник, што указује на преовлађивање воде и органских компонената.

Остали заступљени елементи су калцијум, калијум, натријум, магнезијум, хлор, фосфор, сумпор. Гвожђе се налази на граници макро- и микроелемената.

Есенцијални микроелементи су: хром, кобалт, бакар, флуор, јод, манган, молибден, селен и цинк; вероватно су есенцијални никал, силицијум, ванадијум и калај.

Токсични микроелементи су алуминијум, арсен, кадмијум, олово и жива.

Остали елементи, чија биолошка улога није позната, јесу: антимон, баријум, бор, берилијум, бром, литијум, рубидијум, сребро, стронцијум и титан.

Међутим, треба истаћи да је тешко направити разлику између токсичних и нетоксичних елемената, јер то понекад зависи од њихове концентрације.

Неки есенцијални елементи (нпр. селен) токсични су у дозама које превазилазе неопходне количине. Натријум-хлорид је такође штетан, па и токсичан у већим количинама.

АЛУМИНИЈУМ (Al)

Алуминијум спада у најзаступљеније метале у Земљиној кори, а трећи по реду је елемент, после кисеоника и силицијума, у Земљиној кори. Због веома израженог литофилног карактера, искључиво је удружен са кисеоником.

Важни минерали Ал су: фелдспати (алумосиликати калцијума, натријума и калијума), глиновити минерали – каолинит (хидратисани алумосиликат), монморијонит (хидратисани алумосиликат са различитим катјонима и неколико молекула воде), гипсит (хидроксид Al), бемит и дијаспор – AlO(OH) итд.

Фелдспати су најраспрострањенији минерали у Земљиној кори и улазе у састав многих стена, па њиховим површинским распадањем на површини Земљи настају глиновити минерали који изграђују земљишта.Распадањем фелдспата ослобађају се хранљиви елементи: калцијум, натријум и калијум, изузетно важни за живи свет.

У табели 1 приказани су садржаји Al у животној средини. Пошто су хидроксиди Al нерастворни у води при неутралној pH-вредности, то ће веома ниске концентрације Al бити присутне у природним водама. Киселе кише доводе до повећаних концентрација Al у воденим токовима и језерима, што може изазвати непожељне еколошке проблеме. Високе концентрације Al проузрокују смањену расположивост фосфора, јер се формира нерастворни алуминијум-фосфат (AlPO4).

Табела 1. Концентрација Al у животној средини (Cox, 1995)

Алуминијум није есенцијалан елемент за живи свет, а постоје многа мишљења да је токсичан елемент. Обично људски организам апсорбује веома малу дозу Al (око 10 μg) од просечне дневне дозе која су преко хране узима (3-5 mg).

Симптоми токсичности Al код људи јесу следећи: анемија, болести костију, проблеми са можданим функцијама. Још увек је дискутабилно да ли Алцхајмерову болест (врста сенилне деменције) изазива вишак Al у организму, јер су у мозгу нађене високе концентрације Al.

Алуминијум има веома широку примену у индустрији и свакодневном животу: кухињско посуђе, фолије, лименке, лаке легуре у авијацији и за друге контрукторске циљеве.

Алуминијумске компоненте се користе за третирање пијаће воде; алуминијум-сулфат потпомаже коагулацију и преципитацију суспендованих честица.

Пошто се Al таложи као Al(OH)3, његова количина у води је најчешће веома мала.

АНТИМОН (Sb)

Антимон је веома мало заступљен у Земљиној кори (табела 2). Има веома изражен халкофилни карактер, па гради минерал стибнит (Sb2S3) и друге сулфиде са другим халкофилним елементима. Његове компоненте су у великој мери волатилне и при сагоревању отпада и топљењу неких руда одлазе у атмосферу. Концентрације Sb у атмосферској прашини могу бити и неколико стотина пута веће од средње вредности за Земљину кору, а такође и земљишта у индустријским подручјима могу бити веома обогаћена антимоном. Сматра се да је токсичан елемент, али пошто су његова једињења углавном нерастворна, то обично не представља озбиљнији проблем за животну средину.

Табела 2. Концентрације антимона у животној средини (Cox, 1995)

АРГОН (Ar)

Аргон је племенити гас и хемијски инертан. У састав Земљине атмосфере улази са 0.9 % и знатно више је заступљен него остали племенити гасови. Његова заступљеност долази од радиоактивног распадања изотопа калијума K40 и стварања Ar40. На основу мерења количине Ar40 у стенама које садрже калијум може се одредити геолошка старост тих стена. Аргон се добија екстракцијом из течног ваздуха, а користи се у неким гранама индустрије и при хемијским истраживањима пошто је хемијски инертан. Нису познате биолошке функције аргона.

АРСЕН (As)

Иако је веома мало заступљен у Земљиној кори (свега 1.5 ppm), арсен је веома важан елемент за оцену квалитета животне средине због његове изузетне токсичности. То је халкофилан елемент и гради сулфиде; најпознатији минерали су арсенопирит (FeAsS), реалгар (AsS) и аурипигмент (As2S3). У табели 3 приказане су концентрације As у природи.

Табела 3. Концентрације As у животној средини (Cox, 1995)

Арсен има примену у производњи пигмената, лекова и отрова, као и полупроводника (GaAs). Загађење земљишта може настати применом фосфатних ђубрива, где се налази као примеса. Приликом сагоревања фосилних горива и прераде сулфидних руда присутни As одлази у атмосферу. Ваздушна прашина у индустријским подручјима може садржати и до 1000 пута веће концентрације As у односу на средњу вредност за Земљину кору. Та прашина може контаминирати водене токове и земљишта.

Арсен је познат као изузетно токсичан елемент. Међутим, постоје мишљења да је есенцијалан за живи свет у веома малим количинама, иако нису познате његове биохемијске функције.

АЗОТ (N)

Азот је најзаступљенији елемент у атмосфери, док се у Земљи налази у малим концентрацијама (табела 4).

У Земљиној кори углавном се појављује као амонијум-јон (NH4+), који у неким минералима замењује К. При површинском распадању стена ослобођени NH4+ прелази у раствор одакле га узимају организми.

При вулканским ерупцијама ослобађа се N2 и одлази у атмосферу. На Земљиној површини азотови оксиди формирају нитрате, па се у одређеним условима могу наћи наслаге шалитре (KNO3) и чилске шалитре (NaNO3).

Табела 4 . Концентрације N у животној средини (Cox, 1995)

Велике количине N служе за добијање вештачких ђубрива. У пољопривредним областима, где се користи велика количина вештачких ђубрива, могу се појавити повишене концентрације нитрата у пијаћој води, као и у површинским водама. Азот се добија из атмосфере ликвефакцијом и фракционом дестилацијом. Течни N се примењује за постизање ниских температура. Гасовити N се користи као инертни гас за спречавање оксидације у металургији и хемијској индустрији. У најважније индустријске хемикалије спадају амонијак (NH3) и азотна киселина (HNO3) и имају веома широку примену.

Азот је есенцијалан елемент за живи свет, а по заступљености у организмима налази се на четвртом месту (после C, O и H). Просечан човек масе 70 kg садржи 1.8 kg N. Азот улази у

састав амино-киселина (општа формула H2NCHRCO2H) које изграђују све протеине. У организмима N се углавном појављује у редукованом валентном стању (-3), па се због тога директно везује за C и H. Азот служи и као добар координирајући атом за важне метале у организму (Fe у хемоглобину, Cu, Zn). Различита азотова једињења имају важну улогу у различитим метаболичкин процесима. Нитрати се лакше усвајају од N2, али њихова редукција у органске компоненте N даје нитритни јон који је токсичан, односно штетан за организам јер тај јон оксидише Fe2+ у хемоглобину у Fe3+ (метахемоглобин), а то спречава транспорт кисеоника у крви (»blue baby syndrome«).

БАКАР (Cu)

Бакар се одликује сидерофилним и халкофилним карактером. У Земљиној кори појављује се у облику сулфида (халкозин, ковелин, халкопирит итд.). На површини Земље оксидише се у Cu2+ и гради сложене карбонате (малахит, азурит). Међутим, у природи се понегде може наћи и елементарни бакар. Концентрације Cu у водама углавном су ниске, док су у земљиштима знатно веће (табела 5).

Табела 5. Концентрације Cu у животној средини (Cox, 1995)

Контаминација земљишта и вода појављује се у близини рудника и индустријских зона. Производња Cu такође утиче на загађење животне средине и другим елементима – сумпором (одлази у атмосферу), арсеном и другим токсичним елементима.

Бакар је есенцијалан елемент за живи свет, јер улази у састав неколико металоензима и протеина.

БАРИЈУМ (Ba)

Баријум је елемент средње заступљености у Земљиној кори и океанима. Одликује се изразитим литофилним карактером и широко је распрострањен као микроелемент у

силикатима и другим минералима. Његов најпознатији минерал је барит (BaSO4), који спада у најнерастворније сулфате. Барит се користи у великим количинама за исплаку приликом бушења за нафту и гас. Баријумова једињења имају велику запреминску густину и јако апсорбују рендгенске зраке, па се користе у медицини при испитивању дигестивног тракта. Баријум је неесенцијалан елемент за живи свет, иако су кристали барита нађени у неким воденим организмима (због велике запреминске густине служи да их »држи« у муљу или као гравитациони сензор за њихову оријентацију).

БЕРИЛИЈУМ (Be)

Берилијум је редак елемент у природи, а његов најпознатији минерал је берил (алумосиликат). То је један од најлакших метала и користи се за израду легура (са бакром) и у нуклеарној и космичкој технологији. Мале количине берилијума у виду прашине настају при сагоревању фосилних горива. Спада у најотровније елементе, али веома мало је заступљен у животној средини па углавном не изазива штетне последице.

БИЗМУТ (Bi)

Бизмут је веома редак елемент у Земљиној кори и природним водама.

У природи се појављује као оксид (Bi2O3) и као сулфид (Bi2S3), али се добија као нуспродукт при производњи олова, цинка и бакра.

Има значајну примену у индустрији – за добијање легура, у хемијској индустрији као катализатор, за пигменте и козметику, у фармацији итд.

Иако је токсичан елемент, због нерастворљивости његових једињења углавном не изазива непожељне последице у животној средини.

БОР (B)

Бор је редак елемент у природи, а појављује се у малим концентрацијама у силикатним минералима. Борати се налазе око топлих извора у вулканским областима. Бор се користи за добијање боросиликатног стакла, отпорног на топлоту. Бор је есенцијалан елемент за биљке, мада његова биохемијска функција није разјашњена.

БРОМ (Br)

Бром је веома редак елемент у природи, а искључиво се појављује као бромидни јон. Пошто је сличан хлору, Br се налази као примеса у природним хлоридима (нпр. у NaCl). У атмосфери је нађен у траговима, а HBr, који се издваја при вулканским ерупцијама, растворан је и доспева у океане. Добија се екстракцијом из морске воде и не користи се у

елементарном облику већ као део органских компонената. Етилен-дибромид се додаје гориву да би везао олово; органски бромиди имају примену као пестициди.

Чини се да Br није есенцијалан за живи свет, иако су неке његове компоненте нађене у морским организмима. Елементарни Br је веома отрован, као и хлор. Повишене концентрације Br изазивају депресивне ефекте на нервни систем, па се бромид користи као седатив и у третирању епилепсије.

За животну средину Br је опаснији од хлора, па треба обратити пажњу на његове концентрације.

ЦЕЗИЈУМ (Cs)

Цезијум је редак елемент у природи, нетоксичан је и није позната његова биолошка улога. При радиоактивном распадању урана настају и радиоактивни изотопи Cs који представљају стварну опасност за животну средину. Настали Cs је волатилан и лако се ослобађа из реактора.Изотоп Cs-137 има време полураспада од 30 година и загадио је читаву Европу приликом несреће у Чернобилу (Украјина) 1986. године. Ваздушним струјањима разнет је далеко од места ослобађања, а на површину Земље је доспео преко кише. Земљишта и биљке су адсорбовали Cs, тако да је за дуго време задржан у животној средини.

ЦИНК (Zn)

Цинк се одликује халкофилним карактером, па се у природи углавном појављује у облику сулфида (сфалерит ZnS). У површинским условима сулфиди се оксидишу, а Zn се ослобађа у виду растворног јона. За животну средину је важна чињеница да сфалерит садржи значајне количине Cd која се ослобађа при преради цинкове руде.

Цинк се појављује у веома ниским концентрацијама у природним водама, док се у земљиштима обогаћује јер се везује за минерале глина, оксиде и хидроксиде Fe и Mn (табела 6).

Табела 6. Концентрације Zn у животној средини (Cox, 1995)

Цинк се користи за антикорозиона облагања, батерије, легуре.

Цинк је један од најважнијих есенцијалних микроелемената за живи свет. Одрасла особа садржи око 2.5g Zn који углавном изграђује ензиме и протеине. При нормалној исхрани уноси се довољна количина Zn, мада су у неким земљама забележени дефицити који доводе до закржљалог раста.

ФЛУОР (F)

У природи се појављује искључиво као флуоридни јон (F-). Често се налази у стенама, где замењује хидроксилни јон (OH-). Најважнији минерали F су флуорит (CaF2), криолит и флуороапатит. У Земљиној кори је више заступљен од хлора, али пошто су флуорова једињења нерастворна у води то је његов садржај у водама веома низак (табела 7). У атмосфери је углавном мало присутан (мале количине се ослобађају при вулканским ерупцијама), али антропогена активност производи хлорфлуорокарбон (CF2Cl2) који је веома штетан и има дуго резидентно време (око 100 година) у атмосфери.

Табела 7. Концентрације F у животној средини (Cox, 1995)

Флуор је вероватно есенцијалан за живи свет. Мале количине F штите зубе од каријеса тако што хидроксиапатит претвара у знатно отпорнији флуороапатит. Због тога се додаје у зубне пасте и у пијаћу воду (око 1 ppm).

Високе концентрације F су токсичне и изазивају флуорозу – болест костију код животиња.

ФОСФОР (P)

Фосфор је средње заступљен у Земљиној кори (1000 ppm), али је за живи свет изузетно важан елемент (табела 8). Најпознатији минерали P су фосфати: апатит (Ca-фосфат) и монацит (са лантанидима). Концентрације P у природним водама су изузетно ниске, јер су фосфати нерастворни. При киселим условима (pH мањи од 5), који настају због киселих киша, расположивост растворног PO4 се смањује због стварања нерастворног AlPO4.

Користи се за производњу вештачких ђубрива, детерџената, пестицида и бојних отрова (нервни гасови).

Табела 8. Концентрације P у животној средини (Cox, 1995)

ГВОЖЂЕ (Fe)

Гвожђе спада у најзаступљеније елементе у Земљи као планети, а нарочито изграђује Земљино језгро, док је у Земљиној кори на четвртом месту. Одликује се халкофилним и литофилним карактером, па изграђује различите минерале: сулфиде (пирит FeS2, халкопирит CuFeS2, арсенопирит FeAsS), оксиде (магнетит Fe3O4, хематит Fe2O3), хидроксиде (гетит FeOOH), карбонате (сидерит FeCO3), силикате (оливин, пироксени, хлорит итд.).

У Земљиној кори гвожђе је присутно углавном као Fe2+, а на површини Земље лако се оксидише у Fe3+, које је нерастворно у води, па је и концентрација у природним водама ниска (табела 9). У морској води његов садржај је још нижи, а има и кратко резидентно време (100 година) у океанима.

Гвожђе се добија из његових оксидних руда још од XII века пре нове ере. Од XIX века користи се за добијање челика.

Гвожђе је есенцијалан елемент за живи свет. Просечна одрасла особа има око 4g Fe, које игра важну улогу у транспорту кисеоника у крви. Дневно се преко хране уноси неколико милиграма Fe, а његов недостатак доводи до анемије.

Табела 9. Концентрације Fe у животној средини (Cox, 1995)

ХЕЛИЈУМ (He)

После водоника хелијум је најзаступљенији елемент у космосу. На Земљи у Земљи редак је елемент; нађен је у природним гасовима. У атмосфери је мало заступљен (5 ppm). Настаје при радиоактивном распадању U и Th. Атмосферско резидентно време износи око милион година, а због мале атомске масе одлази из гравитационог поља Земље. Пошто има веома ниску тачку кључања (4 К), користи се за суперпроводничке магнете, а због лакоће и нетоксичности – за пуњење балона.

ХЛОР (Cl)

Хлор се у природи појављује углавном као хлоридни јон (Cl-), а представља веома важан елемент за животну средину. Пошто је растворан у води, приликом површинског распадања лако се ослобађа и односи воденим токовима. У табели 10 су приказане концентрације хлора у животној средини. У Земљиној кори је мало заступљен (свега 130 ppm), али се зато концентрише у океанима (1.8 %) и живом свету. Хлоридни јон се најдуже задржава у морској води (резидентно време 4 x 108 година).

Табела 10. Концентрације Cl у животној средини (Cox, 1995)

Хлор се користи за бељење и пречишћавање воде за пиће, али је данас главна примена у производњи поливинил-хлорида (PVC). Пошто је веома отрован, у Првом светском рату је коришћен као бојни отров. Хлороводонична киселина има широку индустријску примену, а добија се као нуспродукт при производњи органских хлоро-компонената.

Главни проблеми везани за хлор у животној средини односе се на хлор-органска и друга синтетичка једињења са хлором. Како су нека од тих једињења веома отровна, користе се као пестициди. Волатилна хлорна једињења, која се широко примењују у индустрији, лако одлазе у атмосферу и могу угрозити озонски слој.

Хлор је есенцијалан елемент за живи свет, а налази се у ћелијама и телесним флуидима.

ХРОМ (Cr)

Хром је елемент средње заступљености у Земљиној кори. У природи се појављује у виду сопственог минерала хромита (FeCrO4) и као примеса у силикатним минералима где замењује Mg.

Повишене концентрације Cr и Ni утврђене су у земљиштима на серпентинитима, тако да на њима расту само одређене биљке (серпентинска флора). Јон хрома (Cr3+) чешћи је у природи, али је нерастворан у води па су његове концентрације у водама ниске.

Сматра се да је Cr есенцијалан за живи свет. У другом оксидационом облику као Cr 6+

(CrO4/2-) више је растворан, али и токсичан и проузрокује развој канцера.

Хром се користи у металургији за добијање посебне врсте челика и за облагање метала. Примењује се и у производњи пигмената.

ИРИДИЈУМ (Ir)

То је веома редак елемент у Земљиној кори (1 ppb), а због сидерофилног карактера вероватно је нешто више заступљен у Земљином језгру. У природи се налази са платином или телуром. Користи се за добијање посебних легура (са високом тачком топљења).

Није есенцијалан елемент за живи свет и није важан за животну средину. Међутим, повишене концентрације Ir (неколико ppm) нађене су у седиментним стенама на граници геолошких периода креде и терцијара (пре око 65 милиона година). Порекло Ir везује се за велики удар метеорита који је утицао на промену климе на Земље и нестанак неких врста живог света.

ЈОД (J)

Јод је мало заступљен елемент у свим геосферама (табела 11), а једино се нешто више концентрише у неким морским алгама. Добија се из чилске шалитре, где се налази као примеса, и из морских алги. Има широку примену – као додатак кухињској соли, као антисептик и за фотографске филмове (као сребро-јодид).

Табела 11. Концентрације Ј у животној средини (Cox, 1995)

Јод је есенцијалан елемент за живи свет; у људском организму саставни је део хормона тироксина и налази се у тироидној жлезди на врату. Недостатак Ј доводи до гушавости, нарочито у областима које се веома удаљене од мора (Швајцарска, делови Кине).

Радиоактивни изотопи Ј настају при фисији U у нуклеарним реакторима и при нуклеарним експлозијама. Ти изотопи Ј су веома волатилни и лако се ослобађају у атмосферу. Изотоп Ј131 (време полураспада 8 дана) представљао је најважнији краткоживећи извор радиоактивног загађења после нуклеарне несреће у Чернобилу 1986. године. Тај изотоп улази у ланац исхране и организми га лако апсорбују.

КАДМИЈУМ (Cd)

Кадмијум је мало заступљен елемент у Земљиној кори (свега 0.1 ppm), али је изузетно важан за животну средину због велике токсичности. Халкофилног је карактера, па се налази удружен са сумпором.

Његов минерал гринокит (CdS) редак је у природи, али се Cd налази у рудама цинка као примеса, одакле се добија као нуспродукт.

Користи се за израду батерија и као антикорозионо средство за облагање метала. У животну средину највећим делом доспева приликом добијања цинка.

Ниске концентрације Cd су утврђене у магматским стенама, пешчарима и кречњацима, а повишене у седиментима са органском материјом (глинци, маринске Mn-нодуле и лежишта фосфорита). Угаљ, седимент органског порекла, има способност да концентрише Cd. У неконтаминираним и некултивисаним земљиштима, на концентрацију Cd у земљиштима највише утиче стенски материјал у подлози. На основу добијених концентрација може се очекивати да ће кадмијумом најсиромашнија бити земљишта настала од магматских стена (<0.1-0.3 ppm), нешто богатија земљишта потекла од метаморфних стена (0.1-1 ppm) и најбогатија, она земљишта настала на седиментним стенама (0.3-11 ppm). Мобилност Cd у земљишту и његова расположивост за биљке у највећој мери зависи од хемијског облика у којем се јавља. Већина аутора сматра да је адсорпција основни механизам за регулисање нивоа Cd у земљиштима. У табели 12 приказани су садржаји Cd у животној средини.

Табела 12. Концентрације Cd у животној средини (Cox, 1995)

Кадмијум је веома токсичан елемент. Морски организми га посебно акумулирају, а високе концентрације утврђене су у рекама и естуарима, као и у земљишту близу индустријских и рударских центара, где се налази у прашини и у отпадним муљевима.

Иако се сматра неесенцијалним елементом за биљке, Cd се лако апсорбује преко кореновог система и лишћа. При нормалним условима биљке из земљишта узимају мале количине Cd, мада су сви облици, односно једињења овог елемента подједнако расположива биљкама. Акумулација Cd у биљкама може да доведе до њиховог успореног раста, оштећења кореновог система, хлорозе лишћа и појаве црвеномрких ивица на лишћу. Фитотоксичност Cd се испољава и у процесима фотосинтезе, транспирације, фиксације CO2, а утиче и на пропустљивост ћелијских мембрана. Када ће се овакви ефекти испољити, у највећој мери зависи од врсте биљке и концентрације Cd у земљишту.

Дневно уношење Cd у људски организам преко хране износи око 35 μg, a само око 2 μg се апсорбује. Пошто дуван садржи Cd, претпоставља се да пушачи дневно уносе исту количину као и преко хране. У организму Cd се акумулира у бубрезима и јетри.

КАЛАЈ (Sn)

Калај је мало заступљени елемент у Земљиној кори. У природи се појављује као оксид – минерал каситерит (SnO2). Каситерит је отпоран на површинско распадање, па се концентрише у наносима, а због тога је и концентрација Sn у природним водама веома ниска.

Користи се за облагање других метала, за добијање легура (бронза – легура Sn и Cu), у производњи пластике и фунгицида. Посебно је важна бродска боја (трибутил-калај) која је критикована због штетног дејства на планктон и ларве мекушаца и задебљавања љуштура острига итд.

Постоји претпоставка да је есенцијалан за неке врсте, а можда и човека, али није довољно проучаван.

КАЛЦИЈУМ (Ca)

Калцијум спада у најзаступљеније елементе у природи, а есенцијалан је за живи свет. Изграђује различите силикатне минерале (плагиокласи, пироксени), карбонатне минерале (калцит, доломит), фосфатне минерале (апатит) итд. Калцит (CaCO3) најзаступљенији је састојак кречњака и мермера. Приликом површинског распадања стена Ca се лако ослобађа и као растворан катјон преноси се површинским водама. Његова концентрација у водама веома много зависи од врсте околних стена. У морској води Ca се таложи као нерастворан CaCO3, тако да је његова концентрација нижа од Na и Mg. У табели 13 приказане су концентрације Ca у животној средини.

Табела 13. Концентрације Ca у животној средини (Cox, 1995)

КАЛИЈУМ (К)

Калијум је веома распрострањен елемент у Земљиној кори, у живом свету и водама. Улази у састав многих заступљених минерала – силиката: алкалних фелдспата, биотита, мусковита који изграђују различите стене, као и у састав глиновитих минерала који изграђују седиментне стене и земљишта. У табели 14 приказани су садржаји К у животној средини.

Табела 14. Концентрације К у животној средини (Cox, 1995)

При површинском распадању стена К се лако ослобађа, део прелази у растворни облик, а део се везује за минерале глина. Због тога је садржај Na двапут већи у речним водама, а 40 пута већи у морској води, иако су у стенама Na и K приближно заступљени. Такође, резидентно време Na у океанима износи 100 милиона година, а К само 5 милиона година.

Калијум је есенцијалан елемент за живи свет. За биљке је један од главних хранљивих елемената, оне га узимају из земљишта и касније се К враћа у земљиште, где га везују минерали глина. Такав природни циклус ремети интензивна пољопривреда, па је неопходно земљишту додавати К у виду вештачког ђубрива.

Калијум има један радиоактивни изотоп (К40) који је веома мало заступљен у природи (0.012 %), а има време полураспада 1.25 милијарде година. При радиоактивном распадању К40 ствара се Ar40 или Ca40. Радиоактивно распадање К40 даје природну радијацију којој су изложена сва жива бића, а у дубини Земље ослобађа топлоту која утиче на геолошке процесе.

КИСЕОНИК (О)

Кисеоник је најважнији елемент за живи свет на Земљи. По заступљености у космосу заузима треће место (после H и He). Земљина кора је изграђена од 47 % О, живи свет – више од 50 % О, а атмосфера око 20 % О2. Гради оксиде са скоро свим елементима у природи, а у најважнија једињења свакако спадају H2O, CO2 и SiO2. Многи елементи се у природи појављују као оксидни минерали (кварц, хематит, магнетит, уранинит, хромит итд.), као силикатни минерали (фелдспати, пироксени, амфиболи, лискуни, оливин), као карбонати (калцит, доломит, магнезит), и у свима њима кисеоник је важан састојак. Највећи део хемијских процеса на Земљи одиграва се у присуству или уз учешће О.

Кисеоник има три стабилна изотопа: О16 (99.76 %), О17 (0.04 %) и О18 (0.20 %). Утврђено је да различити делови Земљине коре имају нешто различити однос изотопа О17 и О18, што је послужило за одређивање порекла стена и проучавање климатских промена.

Озон (О3) заступљен је у малој количини у атмосфери, где настаје високонапонским електричним пражњењем и дејством ултраљубичастог зрачења. Користи се у третирању пијаће воде и конзервацији хране. Озон је неопходан у стратосфери (озонски слој), док је на Земљи озбиљан загађивач јер је у већим концентрацијама токсичан и опасан за живи свет.

Слободни кисеоник (О2) настаје при фотосинтези. У индустрији се добија ликвефакцијом ваздуха, а затим фракционом дестилацијом. Има широку примену – у металургији, као оксидант за ракетно гориво итд.

Људски организам се састоји од око 60 % О, а од тога је највећи део у виду H 2O. Кисеоник улази у састав костију, зуба и других битних компонената организма.

КОБАЛТ (Co)

Кобалт се одликује халкофилним и сидерофилним карактером, па је вероватно знатно више заступљен у Земљином језгру него у Земљиној кори. Удружен је са никлом у сулфидним минералима. У водама је присутан у веома малим концентрацијама (табела 15). У земљиштима његов садржај у великој мери зависи од матичног материјала од којег је настало земљиште.

Табела 15. Концентрације кобалта у животној средини (Cox, 1995)

Кобалт се добија као нуспродукт при производњи никла, а користи се за легуре, пигменте и катализаторе.

Кобалт је есенцијалан за људе и животиње, јер улази у састав витамина Б12.

Радиоактивни изотоп Co60 (време полураспада 5.3 године) користи се у научним истраживањима и медицинским третманима. Настаје неутронским бомбардовањем природног Co (изотоп Co59).

ЛИТИЈУМ (Li)

Литијум је релативно редак елемент у Земљиној кори. Сличан је са Mg, па се појављује расејан у његовим минералима. Литијум гради сопствени минерал сподумен (алумосиликат) који је такође редак у природи. У магматским стенама опсег концентрација износи 0.5-45 ppm, у седиментним стенама 5-75 ppm, а у земљиштима <5-160 ppm. Од јестивих биљака највише концентрације Li показали су целер (лишће) и блитва (6-7 ppm), док остало поврће има мање од 1 ppm.

Литијум се користи за батерије, индустријска мазива, лаке легуре, специјална стакла итд.

Није есенцијалан за живи свет. Код људи утиче на нервни систем, па се примењује за третирање манично-депресивних болести.

МАГНЕЗИЈУМ (Mg)

Магнезијум је литофилан елемент који је највећим делом концентрисан у Земљином омотачу, док је у Земљиној кори мање заступљен (табела 16). Садржај Mg у магматским стенама веома варира: од 0.32 % у риолитима (киселе стене) до 44 % у дунитима

(ултрабазичне стене); средњи садржај износи 2.09 %. Магнезијум изграђује неке од главних петрогених минерала: оливин, пироксени, амфиболи, флогопит итд.

У процесима површинског распадања минерали Mg су нестабилни тако да он прелази у растворљиви бикарбонатни или хлоридни облик. Седиментне стене имају у просеку нешто ниже садржаје Mg од магматских стена. Средњи садржај Mg у седиментима налази се у опсегу од 0.5 до 4 %. Највише садржаје Mg од свих седиментних стена показују евапорати, глинци и кречњаци.

Егзогени циклус Mg у великој се мери разликује од циклуса Ca. Наиме, у изворном материјалу (магматске стене) њихови садржаји се разликују у малој мери (Ca преовлађује), у континенталним водама преовлађује Ca над Mg, док је у морској води обрнуто. Оваква ситуација је последица таложења CaCO3 или његовог уграђивања у љуштуре организама и тако се уклања Ca из морске воде, док Mg остаје дуже растворен у њој. Већина Mg соли је растворљива у води тако да је он иза Na и Cl по заступљености у морској води. Светске реке садрже 2 x 10/9 тона Mg, а сваке године оне уносе у море 1.3 x 108 t Mg. Морска вода садржи 1.86 x 10/15 t Mg. Највећи део Mg је у јонском облику (87 %). Резидентно време Mg2+ у океану веома је дуго (107 година). Међу морским организмима највиши садржај Mg имају алге (5.0 %), а најнижи - шкољке (0.9 %).

Табела 16. Концентрације Mg у животној средини (Cox, 1995, допуњено)

Минерална вода “Мивела” из Велућа код Трстеника је најбогатија магнезијумовим јоном од свих светски познатих бикарбонатних вода (300 до 350 mg/l).

Магнезијум служи за добијање лаких легура које се нарочито користе у авио-индустрији. Магнезијум-оксид је значајан рефракторни материјал и има широку примену где год је неопходан материјал који издржава високе температуре.

Магнезијум је есенцијални елемент за живи свет. За биљке је значајан јер изграђује хлорофил који представља Mg-порфирински комплекс. У вишим животињама Mg изграђује кости, мишићно и нервно ткиво. Просечан човек садржи око 24 mg Mg.

Магнезијум је значајан и због токсичности Al у биљкама. У вишку Al биљке узимају мање других катјона. Сматра се да је токсичност Al удружена са ниским садржајима Mg и Ca у земљиштима и биљкама (Kabata-Pendias & Pendias, 1984). На другој страни, додавање Mg и Ca земљишту смањиће токсичност Al.

Киселе кише, које данас представљају веома распрострањену појаву, доводе до испирања Mg, Ca, K и Mn из лишћа биљака. На другој страни, оне садрже повишене концентрације азота које ће довести до недостатка Mg у земљиштима, јер ће подстицати раст биљака и већу потрошњу Mg (Kastori, 1995). У шумама централне Европе забележен је дефицит Mg (Schulze, 1989).

У околини фабрика које прерађују магнезијумске сировине може доћи до повећања концентрација Mg и Ca, као и pH вредности земљишта (до 9). Вишак Mg и Ca доводи до смањења узимања K, N, P и микроелемената од стране биљака.

Врло тврде воде могу допринети са 20 % дневног уноса Mg, што је значајно у областима где је недовољно уношење Mg на други начин (Sharrett, 1977). Постоје публиковани подаци који показују да концентрације Ca и Mg у људским ткивима варирају зависно од тврдоће воде (McMillan, 1978).

МАНГАН (Mn)

Манган је релативно чест елемент у Земљиној кори, и то углавном расејан у силикатним и оксидним минералима других елемената. При површинском распадању ослобађа се растворни Mn2+ који може формирати MnCO3 или бити оксидисан у Mn3+ и Mn4+, односно створити нерастворни MnO(OH) – манганит и MnO2 – пиролузит. Те нерастворне компоненте појављују се заједно са оксидима и хидроксидима Fe и глиновитим минералима у земљиштима и преко адсорпције везују многе микроелементе.

Садржај Mn у водама је релативно низак, јер се у оксидационим условима формирају нерастворна једињења.

Манган се углавном користи за добијање челика.

Манган је есенцијалан елемент за живи свет – учествује у фотосинтези и изграђује неке металоензиме.

МОЛИБДЕН (Mo)

Молибден је релативно редак елемент у Земљиној кори. Одликује се халкофилним карактером и гради сулфидни минерал молибденит (MoS2), а као примеса налази се у рудама бакра. У површинским условима оксидише се у молибдатни јон (MoO4/2-).

Користи се за легуре, електроде и катализаторе.

Молибден је есенцијалан за живи свет, јер улази у састав неколико ензима.

НАТРИЈУМ (Na)

Натријум је веома заступљен елемент у Земљиној кори, а у морској води је најзаступљенији катјон (табела 17). Улази у састав многих минерала, посебно силиката плагиокласа који изграђују различите стене. При површинском распадању стена Na се лако ослобађа и односи водама, пошто је већина његових компонената растворна у води. Веома је заступљен у речној води, а у океанској води доминира јер има изузетно дуго резидентно време (100 милиона година). Испаравањем морске воде настаје кухињска со (халит, NaCl), као и друге соли других елемената.

Табела 17. Концентрације Na у животној средини (Cox, 1995)

НИКАЛ (Ni)

Никал је веома заступљен у Земљи, нарочито у њеном језгру, док је мање присутан у Земљиној кори, где улази у састав сулфидних и оксидних минерала, као и Mg-силиката. Најпознатији минерал је пентландит (Ni, Fe)9S8. Ултрабазичне стене су посебно обогаћене

са Ni, Cr, Co, као и земљишта настала од њих (табела 18). Никал се користи за легуре и облагање метала. У околини рударских и топионичарских центара утврђене су повећане концентрације Ni.

Никал је есенцијалан микроелемент за живи свет, а улази у састав металоензима уреазе. Он је такоже и токсичан елемент, па на земљиштима обогаћеним никлом расту само одређене, толерантне биљке.

Прашина са Ni доводи до појаве канцера грла, а накит од Ni изазива дерматитис код посебно осетљивих особа.

Табела 18. Концентрације Ni у животној средини (Cox, 1995)

ОЛОВО (Pb)

Олово је најзаступљеније од свих токсичних тешких метала. Захваљујући свом снажном халкофилном карактеру оно је у природи везано највећим делом за сулфидне минерале, најчешће галенит. Због своје мале мобилности у секундарној геохемијској средини, Pb бива брзо фиксирано у сулфатним или карбонатним минералима. Његов средњи садржај у литосфери износи 14 ppm (табела 19).

Олово се највећим делом користи за израду ћелија у акумулаторима, за производњу пигмената, у виду тертраетил-олова (C2H5)4Pb додаје се бензину ради бољег сагоревања итд.

Табела 19. Концентрације Pb у животној средини (Cox, 1995)

Олово је елемент који се у малим концентрацијама појављује у магматским стенама где достиже углавном ppm ниво. У петрогеним минералима, Pb достиже највиши ниво у К-фелдспату и до 600 ppm, а у пегматитским варијететима ових минерала у анортозитима - процентни ниво. Олово је један од елемената који показује правилан позитиван тренд са повећавањем киселости стена идући од ултрабазичних па до киселих стена. Тако је садржај Pb у ултрамафитима ppb нивоа, у андезитима и диоритима до 10 ppm, а у гранитима и риолитима 50-80 ppm.

Олово показује низак степен мобилности током распадања стена. Наиме, мада долази до значајног распадања минерала који га носе:галенита, буланжерита, биотита, фелдспата, ослобођено Pb најчешће бива адсорбовано на минералима глина. Последица тога су и ниски садржаји Pb у континенталним водама.

Специјалан случај је обогаћивање подземних и површинских вода које дренирају рудне области. Наиме, оксидацијом галенита у оксидационим условима Pb се мобилише и обогаћује се до 100 ppb. Због значајне преципитације у виду англезита (PbSO4), церузита (PbCO3) и др., мобилизација олова је ипак кратког домета јер су и pH-Eh услови стабилности Pb јона у раствору веома узани.

Веома важан фактор у егзогеном геохемијском циклусу олова јесу минерали глина. Наиме, сматра се да монтморијонитске глине имају моћ да адсорбују око 96 % олова у систему, а оксихидроксиди и хидроксиди Fe око 86 %.

Седиментне стене имају уједначеније садржаје Pb од магматских стена - од 5 до 50 ppm.

Готово да нема региона на планети Земљи на којој нема појава загађења оловом. Атмосферске падавине и аеросоли које допиру до поларних области показују садржаје Pb и 1000 пута веће од средњег садржаја за Земљину кору. Атмосферско олово се нарочито концентрише над насељеним и индустријским областима. Главни загађивачи су аутомобили, термоелектране и депоније. Захваљујући сагоревању бензина (коме су додати оловни адитиви), угља и разних отпадака стварају се разна оловна једињења која се највећим делом транспортују атмосферском прашином.

Осим овог вида загађења, присутна је и контаминација воде која се транспортује оловним цевима. Оксидациони услови у води утичу на прелазак Pb у двовалентни растворљиви облик.

ПЛУТОНИЈУМ (Pu)

Плутонијум је радиоактивни трансурански елемент који се не налази у природи. Настаје у веома значајним количинама при неутронском бомбардовању урана у нуклеарним реакторима. Међу његовим изотопима најважнији је Pu239 (време полураспада 24 000 година), који се користи као нуклеарно гориво у нуклеарним електранама. Да би се наставила ланчана реакција фисије, потребно је 5.6 kg Pu238, односно мање од 0.5 kg у концентрованом воденом раствору, тако да је неопходно пажљиво руковање са Pu. Нуклеарна бомба која је бачена на Нагасаки 1945. године била је од плутонијума.

Пошто су компоненте Pu нерастворне у води, оне се дуго задржавају у људском телу и земљиштима, где је Pu доспео при тестирању нуклеарног оружја. У људском телу се концентрише у костима, а његово α-зрачење оштећује коштану срж и доводи до леукемије.

РАДИЈУМ (Ra)

Радијум спада у најважније радиоактивне елементе у животној средини због кратког времена полураспада (1600 година) и због тога што настаје при распадању U. У рудама U налази се у концентрацијама од 1 mg нa 3 kg. Радијум се у природи појављује у веома ниским концентрацијама: у морској води 10-17, а у људском телу 10-15, али се у телу чврсто везује и концентрише у костима. Једно време је коришћен у радиотерапији (”радијумове игле”), али је затим замењен другим вештачким изотопима.

РАДОН (Rn)

Радон је радиоактивни елемент који настаје при радиоактивном распадању U.

Време полураспада Rn је веома кратко и износи 3.8 дана.

Радон представља најзначајнији извор зрачења за људску популацију, пошто је то племенити инертни гас и лако одлази у атмосферу. На другој страни, Rn се раствара у мастима и тако задржава у ткивима организама.

Приликом распадања Rn у организмима ствара се Po који остаје у организму и даље распада.

У рудницима U, нарочито ако су у питању гранитске стене, постоји велика опасност од излагања радону. У слабо проветреним кућама Rn се може концентрисати, посебно ако је стенска подлога од гранита или је кућа саграђена од блокова гранита.Међутим, добрим проветравањем и коришћењем пластичних мембрана Rn се лако отклања.

РУБИДИЈУМ (Rb)

Рубидијум припада групи алкалних елемената и сличан је са К, али је мало заступљен у Земљиној кори. У природи се појављује са К у силикатним минералима, нарочито у алкалним фелдспатима, а гради и сопствени минерал лепидолит. Пошто је растворан у води, налази се и у морској води.

Радиоактивни изотоп Rb87 при распадању даје Sr87 (време полураспада 4.9 x 10/10 година). То се користи као Rb/Sr метода датовања стена, као и за решавање других геолошких проблема.

У људском организму налази се у концентрацијама око 10/-5, али његова биолошка улога није позната.

СЕЛЕН (Se)

Селен је типичан халкофилан елеменат. Његов средњи садржај у литосфери износи од 50 до 90 ppb. Мада је расејан у литосфери, често се концентрише у појединим геохемијским срединама. Тако, на пример, црни органогени глинци концентришу и до 675 ppm Se.

Примарни извори Se у природи су вулканске еманације и сулфидни минерали који су асоцирани са магматском активношћу. Секундарне изворе представљају биогене творевине и евапоратни седименти.

Најважнија оксидациона стања Se су: -2, 0, +2, +4 и +6. У природи је познат као -2 (селенидни јон), +4 (селенитни јон - SeO3

2-) и +6 (селенатни јон - SeO42-). Селенитни јон је

стабилан у алкалној и благо киселој средини и најчешћи је у природи.

Литературни подаци указују да од свих магматских стена базичне стене имају највише садржаје, а да се идући ка киселијим стенама садржај Se смањује.

Садржај Se је интензивно испитиван у магматским стенама Србије. Добијена је средња вредност од 46 ppb Se, што је веома блиско вредности коју су препоручили Turekian и Wedepohl (1988) као средњу за магматске стене (50 ppb).

Седиментне стене имају знатно више садржаје Se од магматских стена. У процесима површинског распадања селен бива веома лако оксидован и претворен у растворљиви селенитни облик. Међутим, овај вид селена има велику тенденцију да буде адсорбован на глиновитим минералима и хидроксидима Fe и Mn.

Највише садржаје од свих седиментних стена показују глинци, као и лапорци. Пошто је Se токсичан елемент (када се јавља у вишим концентрацијама), његово фиксирање у глинама представља (као и за As) основни начин пречишћавања Se у морима и океанима.

Средњи садржај Se у седиментима налази се у опсегу од 80 до 1000 ppb.

Садржај селена у земљиштима је најчешће у опсегу од 100 до 1200 ppb (средња вредност 200 ppb). Мада га у земљиштима има релативно доста, веома важно је и у којем је облику присутан. Наиме, да би биљке могле да га користе у исхрани, потребно је да буде у одговарајућем облику. Сматра се да је форма која је најпогоднија за исхрану биљака селенат, па онда селенит.

Селен је биоесенцијални микроелемент. Сматра се да је за исхрану животиња дневно потребно 50 μg, али је занимљиво и то да се токсични ефекти јављају већ при уношењу 150 μg. Такође, сматра се да Se није токсичан за биљке, мада су забележени ретки случајеви токсичних симптома при садржајима од 4 mgSe/kg (у биљкама).

Као последица сазнања о постојању узрочно-последичне везе између неких ендемских болести и дефицита селена, као и знајући колике су неопходне количине Se у исхрани, у неким земљама (скандинавске земље) приступило се “прихрањивању” земљишта. Наиме, Se се додаје земљиштима, а веома је важно у којем се облику Se додаје. Такође, од тога зависи и која ће се метода користити за обогаћивање земљишта селеном (са вештачким ђубривом, фолијарно додавање).

СИЛИЦИЈУМ (Si)

Силицијум спада у најзаступљеније елементе у Земљи и Земљиној кори, док је у другим деловима животне средине мало заступљен (табела 20). Са кисеоником образује SiО2 и гради силикате – најчешће минерале у Земљиној кори (изграђују највећи део стена). Силицијум је мало растворан уводи, али велике количине у рекама транспортују се у виду

суспендованих честица. Кварц је отпоран на површинско распадање и због тога је главни састојак песка. У морској води Si узимају дијатомеје за изградњу скелета, а касније се од њих стварају седименти.

Силицијум је вероватно есенцијалан за живи свет, укључујући и човека, мада је његова биолошка улога једино јасна код оних организама код којих изграђује скелет. Постоји претпоставка да Si штити организам од токсичности Al, тако што се стварају алумосиликатни полимери.

Табела 20. Концентрације Si у животној средини (Cоx, 1995)

СРЕБРО (Аg)

Сребро је редак елемент у Земљиној кори. У природи се појављује у елементарном облику (самородно сребро) и у сулфидима (аргентит Аg2S), и као примеса у рудама Cu, Zn и Pb, одакле се добија као нуспродукт. Концентрације у природним водама веома су ниске.

Користи се у јувелирству, фотографији, за израду огледала итд.

Није есенцијално за живи свет.

СТРОНЦИЈУМ (Sr)

Стронцијум је мало заступљен у Земљиној кори и углавном је расејан у силикатним минералима. Постоје два минерала Sr: целестин (SrSО4) и стронцијанит (SrCО3). Хемијски је сличан калцијуму, па је честа примеса у Cа-минералима. Доста је заступљен у морској води.

Користи се за црвену боју у ватромету, сигналним ракетама и стаклу.

Стронцијум се налази у живом свету, али није есенцијалан елемент.

СУМПОР (S)

Сумпор је релативно заступљен елемент у Земљиној кори, док га знатно више има у Земљином језгру. Има више оксидационих стања: -2 (сулфиди), -1 (дисулфиди), 0 (самородни S), +4 (SО2, сулфити), +6 (сулфати). Са многим металима који показују халкофилни карактер гради сулфиде (пирит, арсенопирит, халкопирит, галенит, сфалерит, цинабарит, молибденит, реалгар итд.). Сулфиди су најважнији извори многих индустријски важних метала (Cu, Pb, Zn, Hg, Мо итд.). Такође гради сулфатне минерале, од којих су најважнији: гипс CаSО4 x 2H2О, барит BаSО4, епсомит МgSО4 x 7H2О. У табели 21 приказане су концентрације S у животној средини.

Табела 21. Концентрације S у животној средини (Cоx, 1995)

У површинским условима сулфиди се лако оксидишу у растворне сулфате. При сагоревању фосилних горива, при неким индустријским процесима и при вулканским ерупцијама ослобађа се SО2 који одлази у атмосферу где представља главни узрочник киселих киша.

Сумпор је есенцијалан елемент за живи свет и углавном се никада не јавља његов недостатак. Улази у састав амино-киселина (цистеин, метионин и др.). Нека једињења S су токсична (H2S, органски сулфиди).

ТАЛИЈУМ (Тl)

Талијум је један од најтоксичнијих елемената, али је редак у природи. Има јонски радијус сличан К (Тl1+ 0.149 nm, К1+ 0.133 nm) и може се очекивати да ће се концентрисати у калијумовим минералима (фелдспати, лискуни). У гранитоидним стенама Тl се концентрише у биотиту, калијском фелдспату и амфиболу.

Власов (1966) дао је преглед садржаја Тl у неким од главних стенских минерала:

К-фелдспат 0.4 - 610 ppm

плагиоклас у траговима до 100 ppm

биотит 0.8 - 380 ppm

мусковит 1.0 - 280 ppm

хорнбленда до 0.8 ppm

Marowsky и Wedepohl (1971) дошли су до закључка да је просечан садржај Тl у магматским стенама горњег дела континенталне коре 970 ppb, а у седиментним стенама 830 ppb. Heinrichs и др. (1980) предложили су 653 ppb као просечну вредност концентрације Тl у метаморфитима.

О понашању Тl у процесима површинског распадања се мало зна. У овим процесима Тl може лако да се ослободи, али се услед великог јонског радијуса брзо везује за оксиде Fе и Мn, минерале глина и неке геле. Талијум показује тенденцију да се обогати у илитским глинама.

Талијум се концентрише и приликом распадања органске материје, па се може очекивати да земљишта са органском материјом наслеђују одређену количину Тl из ње.

Годишњи унос Тl у земљишта је 1.2 г/ха/година, а биљкама и водом изнесе се 0.3 г/ха/година (Heinrichs и Mayer, 1977). Поставља се једноставно питање која је судбина задржаног Тl уколико се акумулира годинама?

Укупна концентрација Тl у површинским земљиштима која изазива фитотоксичне ефекте јесте 1 ppm (на основу суве масе; Kloke, 1979).

На концентрације Тl у биљкама највише утиче земљиште на коме расту. У поређењу са осталим биљкама, већи садржаји Тl су утврђени у трави и дрвенастим биљкама.

Zyka (1972) проучавао је садржај Тl у биљкама из Алшара (Македонија) и установио да неке биљке, на пример Galium sp. (фамилија Rubiaceae) могу да акумулирају и до 17000 ppm Тl у цветовима. Друге биљке садрже око 100 ppm Тl у лишћу и петељкама. Неке биљке показују тенденцију да акумулирају Тl, као што је на пример пелен (врста Artemisia, фамилија Compositea).

Биљке које расту у близини фабрика које производе К-ђубрива и биљке које расту на битуминозним угљевима садрже до 2.8 ppm Тl (Smith & Carson 1977).

Schoer (1984) проучавао је садржај Тl у неким биљкама раслим у подручју цементаре у Ленгериху (Немачка). Установио је да је садржај Тl у овим биљкама веома висок: кељ - 45 ppm, келераба и купус 1-10 ppm (свежа материја). Ако се ове вредности упореде са дозвољеним вредностима за унос Тl у Немачкој (0.5 ppm), може се закључити да је средина око цементаре веома контаминирана.

Carson & Smith (1977) наводе да фитотоксични ефекти могу да се јаве и код биљака које расту на земљиштима са релативно ниским садржајем Тl. Интересантно је да је дуван веома осетљив на Тl, а токсични ефекти се могу јавити и при концентрацијама од само 1 ppm. Фитотоксични симптоми код пшенице се на песковитим земљиштима јављају при концентрацијама Тl од 1.4 ppm, а леталне су концентрације од 28 ppm.

ТЕХНЕЦИЈУМ (Тc)

Технецијум се не појављује у природи, јер нема стабилних изотопа (најдуже живећи изотоп Тc98 има време полураспада 4.2 милиона година). Ипак, веома мале количине Тc настају у природи радиоактивним распадањем U.

Користи се у медицинским дијагнозама као радиоактивни маркер.

За животну средину посебан је проблем одлагање радиоактивног отпада у којем се налази и Тc који даје дуготрајну радиоактивност.

ТЕЛУР (Те)

Телур је изиузетно редак елемент у Земљиној кори, где се налази у сулфидним рудама других метала. У природним водама његове концентрације су веома нсике.

Користи се за добијање неких челика и легура, као и у хемијској индустрији.

Није есенцијалан за живи свет, а неке његове компоненте су токсичне.

ТИТАН (Тi)

Титан је чест састојак Земљине коре, а појављује се двојако: у силикатима и у виду оксида (илменит FeTiO3 и рутил ТiО2). Пошто су оксидни минерали Тi нерастворни у води, то је његова концентрација у речној и морској води прилично ниска.

Користи се у авио-индустрији, у производњи боја и папира (бели пигмент).

Није есенцијалан за живи свет, а није ни токсичан.

УГЉЕНИК (C)

Угљеник спада у најазаступљеније елементе у космосу, док је у Земљиној кори релативно мало заступљен (480 ppm). То је један од кључних елемената у животној средини – главни елемент за живи свет, као CО2 јавља се у атмосфери, као бикарбонатни јон (HCО3-) налази се у природним водама, карбонатни минерали изграђују седиментне стене и мермере. Такође, угљеник се налази у угљу, нафти и природном гасу.

Угљеник је веома мобилан елемент у животној средини. Његов циклус обухвата биохемијске процесе (фотосинтеза, респирација) и неорганске процесе (површинско распадање, седиментација). Угљен-диоксид у атмосфери апсорбује инфрацрвено зрачење и утиче на температуру Земљине површине.

Осим коришћења C у облику фосилних горива, примењује се и у производњи синтетичких органских једињења (пластика, фармацеутски производи). Отуда и велики проблеми за животну средину – CО2 од сагоревања фосилних горива; интермедијарни продукти у индустрији органских хемикалија су волатилни и токсични. Угаљ садржи велики број микроелемената.

При сагоревању угља ослобађају се волатилни елементи и одлазе у атмосферу. Посебно су важни Аs и S (прелази у SО2 који је озбиљан загађивач животне средине). На другој страни, пепео угља је обогаћен многим елементима у односу на њихов средњи садржај у Земљиној кори (табела 22).

Табела 22. Концентрације микроелемената у пепелу угља и степен обогаћења у односу на средњи садржај у Земљиној кори (Cоx, 1995)

ВАНАДИЈУМ (V)

Ванадијум је мало заступљени елемент у Земљиној кори (табела 23). Налази се у облику оксида и сулфида, а интересантно је да се појављује и у нафти, нарочито из Венецуеле. У природним вода су ниске концентрације V, а у земљиштима се обогаћује.

Користи се за челике.

Ванадијум је есенцијалан за неке врсте и човека, али његова биолошка улога није потпуно позната. Могуће је да улази у састав ензима који врше редукцију. Морски црв Ascidia nigra садржи у црвеним крвним зрнцима и до 1.5 %.

Табела 23. Концентрације V у животној средини (Cоx, 1995)

ВОДОНИК (H)

Водоник је најлакши и преовлађујући елемент у космосу. Сунчева енергија, неопходна за живот на Земљи, настаје нуклеарном фузијом H у Hе у унутрашњости Сунца.

На Земљи H улази у састав H2О, неопходне компоненте за живи свет. На другој страни, H2О својом растварачком активношћу утиче на геохемијске и геолошке процесе на површини Земље, а самим тим и на миграцију свих других елемената.

Многи минерали садрже H, било као кристализациону воду било као ОH - јон. Вода је јединствено природно једињење: постоји у свим облицима – течном, чврстом и гасовитом; универзални растварач који је главни агенс у површинском распадању стена што доводи до стварања земљишта и седимената, промене хемизма природних вода итд.

Чиста вода имa pH вредност 7, али такве воде су ретке у природи. У табели 24 приказане су pH вредности неких средина.

Табела 24. pH вредности неких средина

Водоник се добија из угљоводоника и електролизом H2О, а има значајну индустријску примену – за производњу амонијака, у хидрогенизацији биљних масти, за производњу органских хемикалија итд.

Водоник има два тежа изотопа: деутеријум (H2 – 0.0156 % укупног H на Земљи) и трицијум (H3). Деутеријум се концентрише електролизом H2О, а користи се у нуклеарним реакторима (тешка вода). Трицијум је радиоактивни изотоп (време полураспада 12.35 година) који настаје у малим количинама у вишим деловима атмосфере од космичког зрачења, у нуклеарним реакторима и при нуклеарним експлозијама.

Водоник је есенцијалан елемент за живи свет као део H2О, угљоводоника и других органских једињења. Гради водоничну везу која има изузетну улогу у биологији (H2О, протеини, амино-киселине, ДНК). Водена пара у атмосфери значајна је за климу на Земљи.

ЗЛАТО (Аu)

Злато је мало заступљен елемент у Земљиној кори. Пошто је хемијски веома инертно, у природи се појављује у елементарном облику, али се налази и са Те и у облику хлорида у морској води. Од древних времена користи се за израду накита и новца, а данас се примењује и за специјалне електричне контакте.

Злато није есенцијално за живи свет. Једињења злата користе се за лечење артритиса. За животну средину Аu нема никаквог директног значаја, али истраживање и вађење тог скупог метала мења рељеф и доводи понекад до уништавања шума.

ЖИВА (Hg)

Жива се у Земљиној кори појављује у ниским концентрацијама тако да су ретки природни извори овог елемента којим се може угрозити животна средина (табела 25).

Ипак, до контаминације може доћи дејством вулканских еманација, као и биоциклусом овог елемента. Жива се у малим концентрацијама појављује у магматским стенама где достиже ppb ниво.

Захваљујући халкофилном карактеру и високој волатилности, жива има тенденцију да се концентрише при хидротермалним процесима. У процесима површинског распадања Hg се мобилише или у виду растворљивог хлорида или у облику хидроксида.

У кластичним седиментима садржај Hg је низак са средњом вредношћу од 100 ppb. У карбонатним стенама садржај Hg је такође низак са средњим садржајем од 33 ppb. Средњи садржај Hg у глинама је 500 ppb.

Табела 25. Концентрације Hg у животној средини (Cоx, 1995)

На основу ових средњих садржаја јасно је да је адсорпција на минералима глина главни механизам депозиције Hg у егзогеном циклусу. Захваљујући овом механизму, слично Sе и Аs, одржава се низак садржај Hg у морима и спречава токсикација живог света овим елементом.

Значајне количине овог елемента могу се појавити у атмосфери као последица вулканских еманација као и кроз стварање диметил-живе (CH3)2Hg коју производи морски биљни свет. Такође, постоје и одређене животиње које концентришу Hg, као што су то рибе.

Међутим, много опаснији извори Hg у животној средини јесу индустријска постројења која у технолошком процесу користе овај елеменат и која су искључиви извор контаминације овим елементом.

Жива се широко користи у хемијској индустрији: у процесу електролитичког добијања NаОH, за добијање Cl из морске воде (и једна и друга употреба све се више напуштају због високе токсичности живе). Она се примењује за пуњење термометара и барометара, у зубним пломбама у виду амалгама (легуре живе), за производњу пестицида и фунгицида, и као катализатор у производњи поливинил-хлорида (ПВЦ).

Жива је екстремно токсичан елемент. Метил-живина једињења нарочито су отровна због тога што их лако апсорбује људски организам где одлазе у мозак. Волатилност овог елемента чини да се он такође може лако апсорбовати кроз кожу.