- Ô nhiễm do các chất vô cơ:
3. Các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến độc tính của độc chất trong thủy vực
Với một hóa chất, khi chuyển đổi tạo ra một phản ứng có hại hay gây độc lên sinh vật thủy sinh, hợp chất đó phải tiếp xúc- phản ứng với một vị trí tiếp nhận tương thích trên sinh vật với nồng/mật độ đủ cao và thời gian đủ dài. Nồng độ/mật độ và thời gian cần cho tác động gây độc có hiệu quả thay đổi tùy theo từng loại hóa chất, loài sinh vật và vị trí tác động.
Sự tiếp xúc với chất độc/sinh vật gây hại gây nên phản ứng của sinh vật, làm tổn hại đến sinh vật thậm chí gây tử vong gọi là sự ngộ độc. Trong việc đánh giá độc tính, nhân tố quan trọng liên quan đến sự ngộ độc là loại (bản chất), thời gian và tần số ảnh hưởng (ngộ độc) cũng như nồng độ/hàm lượng/mật độcủa độc chất/sinh vật.
Các sinh vật trong nước có thể bị tác động bởi các hóa chất có trong nước, bùn trầm tích hay trong thức ăn. Các hóa chất tan trong nước hoạt động hơn các hóa chất không tan trong nước là những hóa chất thường kết nối với các vật thể lơ lửng, chất hữu cơ…Các chất tan trong nước có thể thâm nhập cơ thể sinh vật qua qua toàn bộ diện tích bề mặt cơ thể, qua mang, qua miệng. Các hóa chất trong thức ăn có thể bị hấp thụ qua đường tiêu hóa. Các hóa chất khi được hấp thụ qua da, mang sẽ tách khỏi “giá thể” và tác động lên sinh vật. Sự ngộ độc có thể tác động lên các quá trình như hấp thụ, phân
bố, trao đổi sinh học, bài tiết. Qua đó có thể xác định được độc tính của hóa chất. Tác hại của tác động gây độc có thể diễn ra qua quá trình ngộ độc cấp tính hay mạn tính.
Đối với trường hợp ngộ độc mãn tính, ban đầu cũng có thể tạo ra một số tác động cấp tính ngoài những tác động kéo dài.
Các loài khác nhau có tính nhạy cảm khác nhau đối với từng loại hóa chất. Điều này có thể là do sự khác nhau về khả năng chịu tác động khác nhau. Tỷ lệ và kiểu trao đổi chất cũng liên quan đến tính nhạy cảm của sinh vật. Sự khác biệt về tính nhạy cảm đối với hóa chất ở các loài cá đã được khảo sát và cho thấy là do yếu tố di truyền. Chế độ thức ăn cũng ảnh hưởng đến tác động của độc chất, do tạo ra những thay đổi trong cơ thể dựa trên các cơ cấu sinh học, quá trình sinh lý – sinh hóa và cũng do bản chất tự nhiên của sinh vật. Thông thường ấu trùng và các con non là những sinh vật dễ bị tổn thương so với các cá thể trưởng thành.
Các tác nhân môi trường có thể ảnh hưởng đến độc tính của một hóa chất bao gồm các yếu tố liên quan đến khả năng hoạt động của các hóa chất trong môi trường nước như hàm lượng oxy hòa tan, pH, nhiệt độ, áp suất bay hơi, chất lơ lửng…Độc tính của hóa chất còn có thể bị ảnh hưởng bởi sự kết hợp của các hóa chất. Một hóa chất trong môi trường ô nhiễm có thể có độc tính cao hơn nếu ở dạng tinh chất.
3.1. Nhiệt độ nước
Sự thay đổi của nhiệt độ môi trường bên ngoàiảnh hưởng đến sự biến dưỡng của các vật chất hóa học ở động vật máu nóng lẫn máu lạnh. Sự gia tăng tính độc có thể diễn ra khi có sựgiatăng hoặc giảm nhiệt độ. Thông thường, khi nhiệt độ tăng thì tínhđộc của kim loại nặng lên cơ thể sinh vật tăng lên. Tuy vậy, đó không phải là quy luật chung cho tất cả các sinh vật khác nhau hoặc các loại kim loại khác nhau. Cụ thể, ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường lên tính độc của kim loại đối với sinh vật biến nhiệt như giáp xác, động vật thân mềm, cá, khá rõ ràng, có thể thuận hay nghịch. Tuy nhiên không thể suy luận ra mối quan hệ đặc trưng giữa tính độc của kim loại nặng và các loài cá nước biển hoặc nước ngọt. Chẳng hạn, nếu cá hồi tiếp xúc với nitrate bạc (AgNO3) thì tính độc thay đổi theo nhiệt độ, nhưng khi cá này tiếp xúc với đồng (Cu) thì tínhđộc lại tỉ lệ nghịch với nhiệt độ. Tương tự, tính độc của Cd đối với loài cá khác cá hồi tỷ lệ nghịch với nhiệt độ, trong khi đó đối với cá Oryzias latipes thì ngược lại.
Ở các động vật đẳng nhiệt, các loài động vật có xương sống trên cạn, ảnh hưởng của nhiệt độ bị biến đổi do sự tác động của các hormones, trong khi đó ở các động vật không có xương sống trên cạn và thực vật thì có sự gia tăng đồng hóa ở nhiệt độ cao. Nhiệt độ trong nước có thể làm tăng, giảm hay không ảnh hưởng đến độc tính tùy thuộc vào loại độc tố, loài sinh vật, điều kiện cụ thể của từng trường hợp.Trong nhiễm độc cấp tính, khoảng đề kháng đối với liều gây chết của độc tố sẽ thay đổi khi nhiệt độ thay đổi (khoảng thời gian này còn tùy thuộc vào loài sinh vật và loại độc tố). Ví dụ: kẽm, thủy ngân, phenol…sẽ tăng độc tính ở nhiệt độ thấp; ngược lại, các muối cyanide, hydrogen sulfide, DDT…tăng độc tính khi nhiệt độ tăng. (Tuy nhiên, cũng có một số trường hợp cho thấy độc tính tăng hay giảm lại tùy thuộc vào loài sinh vật).
Giải thích cho ảnh hưởng của nhiệt độ lên độc tính của độc chất là do nhiệt độ làm tăng quá trình ion hóa, giải phóng độc tố dưới dạng không liên kết, dễ dàng xâm nhập qua màng tế bào. Một nghiên cứu cho thấy sự tác động gián tiếp nhưng rất quan trọng
của nhiệt độ lên hoạt động của DDT trong cơ thể sinh vật đó là sự tích lũy của DDT trong cơ thể cá hồi (tích tụ trong mô mỡ). Cá hồi tích tụ DDT nhiều hơn trong môi trường nước ấm nhưng mức độ tích lũy này sẽ dẫn đến tử vong khi cá bị đưa vào môi trường nước có nhiệt độ thấp hơn và nguồn thức ăn bị thiếu do DDT được giải phóng khỏi các mô dự trữ và gây độc tức thì.
3.2. Ánh sáng
Tính chất thay đổi giữa ngày và đêm của sự biến dưỡng tùy thuộc vào chu kỳ sáng hơn là cường độ sáng. Các loại men liên quan đến sự giải độc có một nhịp điệu ngày đêm trong đó hoạt tính mạnh nhất xảy ra vào một thời khoảng nào đó trong chu kỳ sống. Ví như, hoạt tính mạnh nhất của cytochrom P450 trong các phản ứng giải độc, diễn ra vào thời kỳ đầu của pha tối.
Sự biến đổi tỉ lệ sáng tối cũng ảnh hưởng sâu sắc đến sự biến dưỡng của kim loại ở một số sinh vật như bọn isopodOniscus asellus. Bọn này biến thái ở điều kiện sáng 18 giờ và tối 8 giờ nhưng sẽ ngừng biến thái nếu tỉ lệ sáng/tối kể trên đảo ngược lại.
3.3. Oxy hòa tan
Thông thường nếu độc tính các chất phụ thuộc pH, nó sẽ gia tăng khi lượng oxy hòa tan giảm. Ví dụ: ammonia, sẽ gia tăng độc tính gấp 2,5 lần. Điều này được giải thích là do oxy thấp nên lượng nước qua mang sẽ tăng lên gây ra sự gia tăng pH cục bộ và do đó gia tăng lượng ammonia chưa được ion hóa khiến độc tính tăng lên.
3.4. pH
Ảnh hưởng chính của pH lên độc chất là ảnh hưởng đến sự ion hóa do thay đổi của pH. Thông thường các phân tử không liên kết trở nên độc hơn do dễ xâm nhập vào tế bào hơn.
Một ví dụ cổ điển là ammonia, độc tính của nó đã được nghiên cứu kỹ và thường được dự đoán qua đặc tính của nước. Ion ammonia (NH4
+
) ít độc trong khi đó dạng tự do NH3 độc hơn nhiều. LC50 của cá hồi dao động từ 0,2 - 0,7 mg/l. Sự gia tăng một đơn vị pH trong một diện tích mặt nước nhất định sẽ làm gia tăng lượng NH3lên 6 lần và đồng thời gia tăng độc tính.
Cyanide là một độc tố khác cũng bị ảnh hưởng bởi pH. Phân tử HCN chiếm ưu thế trong môi trường acid hoặc trung tính nhưng ở pH lớn hơn 8,5; một lượng CN- xuất hiện. Khi đó độc tính giảm đi do HCN có độc tính mạnh gấp hai lần dạng ion CN-. Cũng tương tự như vậy đối với hydro sulfide, là chất mà độc tính chủ yếu là do H2S chứ không phải do dạng ion liên kết. Ở pH 8,4 dạng H2S chỉ chiếm 4% tổng số nhưng khi giảm pH xuống còn 6,0 thì dạng H2S đã tăng lên hơn 90%. LC50 quan sát được của tổng sulfide hòa tan (H2S+HS+S2-) thay đổi từ 64 µg/lở pH 6,5 lên đến 800 µg/l ở pH 8,7; do dạng H2S độc gấp 15 lần dạng ion liên kết.
Trong các trường hợp trên, dạng không liên kết có độc tính mạnh hơn dạng liên kết (ion). Đối với kim loại thì ngược lại, dạng tự do hay ion được cho là có độc tính tương đối cao. Đối với một số hợp chất hữu cơ vòng thơm (thường là là thuốc diệt cỏ), độc tính giảm đi khi pH tăng. Điều này được giải thích do pH sẽ làm giảm dạng không liên kết.
Một số chất không thay đổi nhiều về độc tính khi pH thay đổi, ví dụ phenol hay alkyl bezenesufonate (ABS - chất hoạt động bề mặt).
3.5. Độ mặn
Độ mặn của môi trường nước thực sự không ảnh hưởng quan trọng đến độc tính của độc chất. Điều quan trọng là bản chất tự nhiên của sinh vật, là loài nước mặn, chống chịu mặn hay nước ngọt sẽ thích nghi được với sự thay đổi độ mặn như thế nào và từ đó sẽ ảnh hưởng đến khả năng chống chịu của chúng đối với độc chất.