Значение йода в окружающей среде

Йод — один из наиболее активных металлоидов окружающей среды, поэтому в природе в свободном виде не встречается. Это типичный редкий и рассеянный элемент, равномерно распределенный в земной коре. Рассеянный йод выщелачивается водами из магматических горных пород и концентрируется организмами, например водорослями. Промышленные количества йода встречаются в водах нефтяных месторождений и селитренных отложениях. Известны 24 радиоактивных изотопа йода с массовыми числами от 117 до 139, включая два изомера (121мI и 126мI) [23].

Йод образует небольшое число самостоятельных минералов, но присутствует во многих других в виде изоморфной примеси. К известным минералам йода относятся иодиды некоторых металлов, например AgI, CuI, Cu(OH)(IO3), а также полигалиды, иодаты и периодаты (Каббата-Пендиас А., 1989). Его кларк в земной коре составляет 0,4 ррm. Содержание йода в различных осадочных породах определяется условиями их образования и наличием органического вещества. Наименьшим содержанием йода характеризуются песчаные породы и известняки, которые на 95-99% состоят из кремнезема и углекислого кальция и обеднены другими элементами. Глинистые и суглинистые породы в связи со значительным содержанием органического вещества и вторичных глинистых минералов обладают высокой емкостью поглощения и поэтому содержат больше йода, чем песчаники и известняки. По абсолютному содержанию йода осадочные породы образуют следующий убывающий ряд: глины > суглинки > известняки > пески [23].

Несмотря на близость химических свойств йода и брома и сходство их водной миграции (йодобромные воды и т.д.), массоперенос йода в биосфере отличается от брома, которому не свойственна воздушная миграция, и от других галогенов. По некоторым особенностям поведения в окружающей среде йод аналогичен азоту: по существованию газообразной формы (12) и ее важной роли в круговороте йода, по вхождению йода в состав белков, по аналогии Ю“ и N0^", по легкому восстановлению Ю“ до 12 (аналогично денитрификации), по накоплению растворимых минералов йода в пустынях (аналогично нитратным солончакам) и пр.

Как и все биофильные элементы, йод активно участвует в биогео-химическом круговороте веществ. Основные пути миграции йода осуществляются между океаном и континентом по звеньям:

Океан →Атмосфера→ Почвы→Реки → Океан.

Существование йодного цикла в природе определяется многообразием химических соединений этого элемента, способностью к образованию соединений с различной валентностью, обладающих относительной неустойчивостью, высокой растворимостью в воде и летучестью в элементном состоянии (I2). К наиболее активным формам относится элементарный йод, который под воздействием различных факторов образует многочисленные химические соединения, взаимодействует с твердыми атмосферными частицами, адсорбируясь на их поверхности.

Основные источники поступления йода в атмосферу – моря, океаны и вулканическая деятельность, а в глубине континентов некоторый вклад вносят почвенный и растительный покров. Разлагающееся органическое вещество и различные виды топлива, при сжигании которого йод освобождается и улетучивается в воздух. Почти вся масса йода (99%) поступает в атмосферу из океана при испарении. Атмосферные осадки морского происхождения — один из важнейших источников йода на континенте. В глубине континента содержание йода в дождевой воде в 7 раз меньше, чем на морском побережье [23]. Для внутриконтинентальных регионов, таких, как юг Западной Сибири, йод атмосферы существенного значения в балансе галогена играть не может. Очевидно, что круговорот элемента здесь осуществляется преимущественно за счет запасов, которые находятся в почвах и почвообразующих породах [26]. Основные химические формы йода в атмосфере – иодорганические соединения, иодиды, свободный йод и др. Между этими формами происходят постоянные взаимопревращения и изменения их соотношений в воздухе [23].

  В приморских областях количество йода в 1 м3 воздуха может    достигать 50 мкг, в местностях, удаленных от океана или отгороженных от морских ветров горами - 1-3 или даже 0,2 мкг. Так, на высоте 1000 м над уровнем моря воздух теряет 62,5 % йода, а 50 % теряется уже на высоте        700 м. Движение атмосферы и некоторые другие условия незначительно изменяют эти данные.

     Природный йод-127 не представляет особой опасности для окружающей среды, чего нельзя сказать о его радиоактивных изотопах. Существует целый ряд изотопов йода с массовыми числами 115-126 и 128-141, из которых йод-129, образующийся в значительных концентрациях в литосфере и гидросфере при спонтанном делении урана и в результате космических реакций, может стать наиболее опасным загрязнителем. При прогнозируемых темпах развития ядерной энергетики сброс изотопа йода-129 в окружающую среду вызовет его накопление в компонентах биосферы из-за большого периода полураспада, равного 1,7∙107 лет, что приведет к устойчивому загрязнению почв [26].

Йод наряду с бромом, содержащиеся в органическом топливе, выбрасываются в атмосферу при его сжигании, так как данные галогены ассоциируются с углеродом. Содержание йода в каменных углях (г/т) может варьировать от 3,1 до 22,9. Содержание йода в золе углей Кузбасса составляет 45-675 г/т. Это приводит к накоплению микроэлемента в золоотвалах, откуда в дальнейшем часть йода улетучивается, часть аккумулируется в почве, а другая часть в виде водорастворимых форм мигрирует с талыми и дождевыми водами [26].

 Основные природные источники йода – почва, грунтовые воды, растительность, а также морепродукты (водоросли, рыбы, морские животные). Высокая степень концентрирования йода в морских организмах объясняется спецификой обмена веществ и образованием органических соединений, в которой он вступает в прочную связь типа I − C [23].

Содержание йода в природных водах определяется высокой растворимостью большинства его соединений и гидрохимическими условиями, благоприятными или неблагоприятными для водной миграции ионов. Йод в морской воде находится в растворенном состоянии в виде неорганических ионов I-, IO3- и в форме комплексных органоминеральных соединений в составе биомассы живых и отмерших организмов. Мировой океан определяет йодный состав гидросферы и является мощными аккумулятором и источником поступления йода на континент. Среднее содержание йода в морской воде составляет 50 мкг/г, а в речной – 2 мкг/л [10].

   Йод находится в глубоких слоях почвы и обнаруживается в содержимом нефтяных скважин. В настоящее время на территории России подземные воды нефтяных и газовых месторождений служат единственным источником промышленного получения йода.

 В целом, чем старее поверхность почвы и чем более она была подвержена в прошлом различным разрушительным воздействиям (например, эрозиям), тем меньше в ней йода. Наиболее обеднены йодом почвы в горных местностях, которые подвергались частому выпадению дождей со стоком воды в реки. Важную роль в потере йода из почвы в данных регионах играют и ледники. Нередко недостаточность йода наблюдается и в долинах крупных рек.

 Одними из антропогенных источников поступления йода в почву могут быть аварии на атомных станциях (такие, как аварии на АЭС «Фукусима-1» (11 марта 2011 г.), и на Чернобыльской АЭС (26 апреля 1986 г.). Отнесены к максимальному 7-му уровню радиационной опасности по шкале INES (Международная шкала ядерных событий). В плане радиационного воздействия на людей наиболее важными радионуклидами являются йод-131 и цезий-137.

 Антропогенное загрязнение природных вод изотопами I129 происходит при применении в сельском хозяйстве пестицидов и гербицидов, а также вблизи предприятий по переработке ядерного топлива. Выводы сделаны на основе анализа вод 40 рек США, Канады и Западной Европы. Наибольшие показатели содержания I129 были в таких реках как Рио-Гранде в районе города Браунсвилле (212 мкг/л) и Санта-Круз (219 мкг/л) в районе Туксон.

Обладая уникальными свойствами (многообразие химических форм и валентностей, летучесть), йод и его соединения присутствуют в микроколичествах во всех без исключения объектах живой и неживой природы. Соединения йода в различных формах различаются по миграционной способности и действию на живые организмы, поэтому при рассмотрении поведения этого микроэлемента в биосфере необходимо учитывать как его валентные состояния, так и возможные окислительно-восстановительные превращения в конкретных условиях.

Поведение йода в биосфере обусловлено главным образом деятельностью живых организмов и биогенной миграцией: основной барьер для массопереноса этого элемента в биосфере — биогеохими-ческий. Меньшее значение имеет сорбционный барьер и еще меньшее — испарительный.

В ноосфере в целом миграция йода усиливается: сжигание угля, нефти, торфа увеличивает поступление йода, захороненного в осадочной толще, в окружающую среду [30].