Natural and anthropogenic biogeochemical province of the biosphere over Cherepovets

Abstract

AIM: This study aimed to summarize information on the formation of the natural and anthropogenic biogeochemical province of the biosphere over Cherepovets, develop biogeochemical standardization, and prevent environmentally conditioned human diseases.

The migration of biogenic elements through food chains is analyzed. A significant flow of toxic elements entering the natural environment in the course of human industrial activity leads to the formation of anthropogenic biogeochemical provinces. In these geochemical zones and landscapes, the natural endemic environment interacts with chemical elements. As a result, biogeochemical cycles are altered, and vital elements are replaced with toxic metals. With these changes, intracellular biochemical reactions are disrupted. In this study, information on Cherepovets biogeochemical province formed in the 1960s was examined in the presence of intense industrialization. Data on high concentrations of heavy metals in the soil horizons of the given province were examined. Toxic elements actively accumulated in plants growing in the Cherepovets territory and vegetables growing in household plots within the city and the nearest 10 km zone. Metals accumulated in soil, different components of land ecosystems, and organs and tissues of carnivores.

CONCLUSION: A high load in the Cherepovets biogeochemical province poses certain risks to the health of the population and causes the development of endemic diseases, microelementoses, and exogenous toxicoses in humans.

Keywords

biosphere / biogeochemical provinces / toxic elements / endemic diseases / microelementoses / biogeochemical standardization

References

[1] Vernadskiy VI. Zhivoye veshchestvo. Moscow: Nauka; 1978. (In Russ).

[2] Вернадский В.И. Живое вещество. М.: Наука; 1978.

[3] Vinogradov AP. O geneze biogeokhimicheskikh provintsiy. Trudy Biogeokhimicheskoy Laboratorii. 1960;(11):3-7. (In Russ).

[4] Виноградов А.П. О генезе биогеохимических провинций // Труды Биогеохимической лаборатории. 1960. № 11. С. 3-7.

[5] Koval’skiy VV. Geokhimicheskaya ekologiya. Moscow: Nauka; 1974. (In Russ).

[6] Ковальский В.В. Геохимическая экология. М.: Наука; 1974.

[7] Artemenkov AA. The problem of the prevention of endemic human diseases and microelementoses. Profilakticheskaya Meditsina. 2019;22(3):92-100. (In Russ). doi: 10.17116/profmed20192203192

[8] Артеменков А.А. Проблема профилактики эндемических заболеваний и микроэлементозов у человека // Профилактическая медицина. 2019. Т. 22, № 3. С. 92-100. doi: 10.17116/profmed20192203192

[9] Parakhonskiy EV, Parakhonskiy ME. Osnovy ekologicheskoy politiki industrial’nogo goroda. Vologda; 1997. (In Russ).

[10] Парахонский Э.В., Парахонский М.Э. Основы экологической политики индустриального города. Вологда; 1997.

[11] Golenkov AA, Drizhd NL, Malyshev NN. O zagryaznenii pochvy i onkologicheskoy zabolevayemosti naseleniya v zone vozdeystviya Cherepovetskogo metallurgicheskogo kombinata. Public Health and Life Environment — PH&LE. 1996;(10):19-20. (In Russ).

[12] Голенков А.А., Дрижд Н.Л., Малышев Н.Н. О загрязнении почвы и онкологической заболеваемости населения в зоне воздействия Череповецкого металлургического комбината // Здоровье населения и среда обитания — ЗНиСО. 1996. № 10 (43). С. 19-20.

[13] Snatilova VS. Environmental assessment of soil pollution with heavy metals. Rostovskij Nauchnyj Zhurnal. 2017;(7):94-101. (In Russ).

[14] Снетилова В.С. Экологическая оценка загрязнения почв тяжелыми металлами // Ростовский научный журнал. 2017. № 7. С. 94-101.

[15] Ivanova ES, Poddubnaya NYa, Komov VT. Nakopleniye i raspredeleniye rtuti v pochve razlichnykh biotopov okrestnostey g. Cherepovtsa. In: Aktual’nyye problemy ekologii i zdorov’ya cheloveka: materialy III Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii; 2015 March 10; Cherepovets. Cherepovets: ChGU; 2015. P. 77-82. (In Russ).

[16] Иванова Е.С., Поддубная Н.Я., Комов В.Т. Накопление и распределение ртути в почве различных биотопов окрестностей г. Череповца. В кн.: Актуальные проблемы экологии и здоровья человека: материалы III Международной научно-практической конференции; 10 марта 2015; Череповец. Череповец: ЧГУ; 2015. С. 77-82.

[17] Maksimova OYu, Ivanova ES. Soderzhaniye rtuti v volosakh zhiteley g. Cherepovtsa, Vologodskoy oblasti. International Student Research Bulletin. 2016;4(pt 3):68-72. Available at: https://eduherald.ru/ru/article/view?id=16212. Accessed: 2021 August 17. (In Russ).

[18] Максимова О.Ю., Иванова Е.С. Содержание ртути в волосах жителей г. Череповца, Вологодской области // Международный студенческий научный вестник. 2016. № 4, ч. 3. С. 268-272. Доступно по: https://eduherald.ru/ru/article/view?id=16212. Ссылка активна на 17 августа 2020.

[19] Djenbaev BM, Imatali kyzy K. Modern ecological biogeochemical condition of mercury province Aidarken (Haidarkan, Kyrgyzstan). Universum: Khimiya i Biologiya. 2016;(1-2). Available at: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/2909. Accessed: 2021 August 17. (In Russ).

[20] Дженбаев Б.М., Иматали кызы К. Современное эколого-биогеохимическое состояние ртутной провинции Айдаркен (Хайдаркан, Кыргызстан) // Universum: Химия и биология. 2016. № 1-2 (20). Доступно по: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/2909. Ссылка активна на 17 августа 2021.

[21] Pošiváková T, Hromada R, Veszelits Laktičová K, et al. Concentrations of selected toxic elements in ewe living near an environmentally loaded area of eastern part of Slovakia. Annals of Agricultural and Environmental Medicine. 2017;24(4):667-70. doi: 10.26444/aaem/75639

[22] Pošiváková T., Hromada R., Veszelits Laktičová K., et al. Concentrations of selected toxic elements in ewe living near an environmentally loaded area of eastern part of Slovakia // Annals of Agricultural and Environmental Medicine. 2017. Vol. 24, № 4. P. 667-670. doi: 10.26444/aaem/75639

[23] Ma W, Tai L, Qiao Z, et al. Contamination source apportionment and health risk assessment of heavy metalsin soil around municipal solid waste incinerator: A case study in North China. The Science of the Total Environment. 2018;631-2:348-57. doi: 10.1016/j.scitotenv.2018.03.011

[24] Ma W., Tai L., Qiao Z., et al. Contamination source apportionment and health risk assessment of heavy metals in soil around municipal solid waste incinerator: A case study in North China // The Science of the Total Environment. 2018. Vol. 631-632. P. 348-357. doi: 10.1016/j.scitotenv.2018.03.011

[25] Chen X, Lu X. Contamination characteristics and source apportionment of heavy metals in topsoil from an area in Xi'an city, China. Ecotoxicology and Environmental Safety. 2018;151:153-60. doi: 10.1016/j.ecoenv.2018.01.010

[26] Chen X., Lu X. Contamination characteristics and source apportionment of heavy metals in topsoil from an area in Xi'an city, China // Ecotoxicology and Environmental Safety. 2018. Vol. 151. P. 153-160. doi: 10.1016/j.ecoenv.2018.01.010

[27] Sancha AM, O'Ryan R. Managing hazardous pollutants in Chile: arsenic. Reviews of Environmental Contamination and Toxicology. 2008;196:123-46.

[28] Sancha A.M., O'Ryan R. Managing hazardous pollutants in Chile: arsenic // Reviews of Environmental Contamination and Toxicology. 2008. Vol. 196. P. 123-146.

[29] Wu J, Lu J, Li L, et al. Pollution, ecological-health risks, and sources of heavy metals in soil of the northeastern Qinghai-Tibet Plateau. Chemosphere. 2018;201:234-42. doi: 10.1016/j.chemosphere.2018.02.122

[30] Wu J., Lu J., Li L., et al. Pollution, ecological-health risks, and sources of heavy metals in soil of the northeastern Qinghai-Tibet Plateau // Chemosphere. 2018. Vol. 201. P. 234-242. doi: 10.1016/j.chemosphere.2018.02.122

[31] Madejón P, Domínguez M T, Madejón E, et al. Soil-plant relationships and contamination by trace elements: A review of twenty years of experimentation and monitoring after the Aznalcóllar (SW Spain) mine accident. The Science of the Total Environment. 2018;625:50-63. doi: 10.1016/j.scitotenv.2017.12.277

[32] Madejón P., Domínguez M.T., Madejón E., et al. Soil-plant relationships and contamination by trace elements: A review of twenty years of experimentation and monitoring after the Aznalcóllar (SW Spain) mine accident // The Science of the Total Environment. 2018. Vol. 625. P. 50-63. doi: 10.1016/j.scitotenv.2017.12.277

[33] Artemenkov AA. Change in clinic-physiological parameters of students of industrial center. Nauchnye Vedomosti Belgorodskogo Gosudarstvennogo Universiteta. 2016;(19):67-71. (In Russ).

[34] Артеменков А.А. Изменение клинико-физиологических показателей у студентов промышленного центра // Научные ведомости Белгородского государственного университета. Серия: Медицина. Фармация. 2016. № 19 (240). Вып. 35. С. 67-71.

[35] Artemenkov AA. Ecological aspects of hygiene non-communicable diseases of adult population of large industrial city. Public Health and Life Environment — PH&LE. 2017;(4):7-10. (In Russ). doi: 10.35627/2219-5238/2017-289-4-7-10

[36] Артеменков А.А. Эколого-гигиенические аспекты неинфекционной заболеваемости взрослого населения крупного промышленного города // Здоровье населения и среда обитания — ЗНиСО. 2017. № 4 (289). С. 7-10. doi: 10.35627/2219-5238/2017-289-4-7-10

[37] Gorbachev AL, Sukhanov SG. Ecological-physiological preconditions for the development of microelementosis in the residents of the Northern Western region of Russia. Vestnik Severo-Vostochnogo Gosudarstvennogo Universiteta. 2017;(28):62-7. (In Russ).

[38] Горбачёв А.Л., Суханов С.Г. Эколого-физиологические предпосылки к развитию микроэлементозов у жителей Северо-Западного региона России // Вестник Северо-Восточного государственного университета. 2017. № 28. С. 62-67.

[39] Zholnin AV, Myakishev IA, Popkov PN. Biogeochemical features of south Ural biosphere. Vestnik Yuzhno-Ural’skogo Gosudarstvennogo Universiteta. Seriya: Obrazovaniye, Zdravookhraneniye, Fizicheskaya Kul’tura. 2010;(19):126-8. (In Russ).

[40] Жолнин А.В., Мякишев И.А., Попков П.Н. Биогеохимические особенности биосферы // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Образование, здравоохранение, физическая культура. 2010. № 19 (195). С. 126-128.

[41] Makovskiy RD, Pushkareva NG. Kachestvo kormov i pit’yevoy vody v biogeokhimicheskoy provintsii. Agrarnyy Vestnik. 2008;(3):18-9. (In Russ).

[42] Маковский Р.Д., Пушкарева Н.Г. Качество кормов и питьевой воды в биогеохимической провинции // Аграрный вестник. 2008. № 3. С. 18-19.

[43] Senkevich OA, Golubkina NA, Kovalskij JG, et al. Selenium provision of inhabitants of the Khabarovsk region. Dal'nevostochnyj Medicinskij Zhurnal. 2009;(1):82-4. (In Russ).

[44] Сенькевич О.А., Голубкина Н.А., Ковальский Ю.Г., и др. Обеспеченность селеном жителей Хабаровского края // Дальневосточный медицинский журнал. 2009. № 1. С. 82-84.

[45] Khaustov VV, Kostenko VD, Serdyukov SY, et al. About biogeochemical role of biogenic microelements of Kursk region soils. Izvestiya Yugo-Zapadnogo Gosudarstvennogo Universiteta. Seriya: Tekhnika i Tekhnologii. 2014;(2):74-9. (In Russ).

[46] Хаустов В.В., Костенко В.Д., Сердюков С.Ю., и др. О биогеохимической роли биогенных микроэлементов почв Курской области // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2014. № 2. С. 74-79.

[47] Sánchez-Nazario EE, Mansilla-Rivera I, Derieux-Cortés J-C, et al. The association of lead-contaminated house dust and blood lead levels of children living on a former landfill in Puerto Rico. Puerto Rico Health Sciences Journal. 2003;22(2):153-9.

[48] Sánchez-Nazario E.E., Mansilla-Rivera I., Derieux-Cortés J.-C., et al. The association of lead-contaminated house dust and blood lead levels of children living on a former landfill in Puerto Rico // Puerto Rico Health Sciences Journal. 2003. Vol. 22, № 2. P. 153-159.

[49] Korchina TYa. Ecologo-biogeochemical factors and microelement status of non-indigenous population livinin Khanty-Mansi autonomous area. Ekologiya Cheloveka. 2006;(12):3-8. (In Russ).

[50] Корчина Т.Я. Эколого-биогеохимические факторы и микроэлементный статус некоренного населения, проживающего в Ханты-Мансийском автономном округе // Экология человека. 2006. № 12. С. 3-8.

[51] Korobova EM. About principles of biogeochemical regionalizing within of V.I. Vernadskiy concept of spatial organization of biosphere. Vestnik Tambovskogo Gosudarstvennogo Universiteta. Seriya: Estestvennyye i Tekhnicheskiye Nauki. 2013;18(3):974-7. (In Russ).

[52] Коробова Е.М. О принципах биогеохимического районирования в свете представлений В.И. Вернадского о пространственной организации биосферы // Вестник Тамбовского государственного университета. Серия: Естественные и технические науки. 2013. Т. 18, № 3. С. 974-977.

[53] Zhestyanikov AL. Unbalance of some macro- and microelements as a risk factor of cardiovascular system's diseases in the North. Ekologiya Cheloveka. 2005;(9):19-25. (In Russ).

[54] Жестяников А.Л. Дисбаланс некоторых макро- и микроэлементов как фактор риска заболеваний сердечно-сосудистой системы на Севере // Экология человека. 2005. № 9. С. 19-25.

[55] Zhaksybergenov AM. Problemy i perspektivy uluchsheniya zdorov’ya naseleniya v usloviyakh biogeokhimicheskoy provintsii. Nauka i Novyye Tekhnologii. 2008;(5-6):106-8. (In Russ).

[56] Жаксыбергенов А.М. Проблемы и перспективы улучшения здоровья населения в условиях биогеохимической провинции // Наука и новые технологии. 2008. № 5-6. С. 106-108.

[57] Rafikov SSh, Rafikova YuS. Regional features of the population microelement status biogeochemical provinces. On line scientific & educational Bulletin «Health and Education Millennium». 2016;18(10):50-2. (In Russ).

[58] Рафиков С.Ш., Рафикова Ю.С. Региональные особенности микроэлементного состава населения геохимической провинции // Электронный научно-образовательный вестник «Здоровье и образование в XXI веке». 2016. Т. 18, № 10. С. 50-52.

[59] Parfenov AI, Ushal IE, Shantyr II. Regional characteristics in bioelemental status of clean-up workers of the Chernobyl aftermath who live in the Northwest of Russia based on their radiation history. Medicо-Biological and Socio-Psychological Problems of Safety in Emergency Situations. 2012;(4):73-7. (In Russ).

[60] Парфенов А.И., Ушал И.Э., Шантырь И.И. Региональные особенности биоэлементного статуса участников ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС Северо-Западного региона России с учетом их радиационного анамнеза // Медико-биологические и социально-психологические проблемы безопасности в чрезвычайных ситуациях. 2012. № 4. С. 73-77.

[61] Sarkulov MN. Funktsional’naya kharakteristika mochevogo sindroma u zhiteley Alginskoy biogeokhimicheskoy provintsii. Meditsinskiy Zhurnal Zapadnogo Kazakhstana. 2012;(3):229. (In Russ).

[62] Саркулов М.Н. Функциональная характеристика мочевого синдрома у жителей Алгинской биогеохимической провинции // Медицинский журнал Западного Казахстана. 2012. № 3 (35). С. 229.

[63] Almurzaeva SI. Health risk assessment of people living in chrome biogeochemical province. Public Health and Life Environment — PH&LE. 2013;(1):6-8. (In Russ).

[64] Альмурзаева С.И. Оценка риска состояния здоровья населения, проживающего в хромовой биогеохимической провинции // Здоровье населения и среда обитания — ЗНиСО. 2013. № 1 (238). С. 6-8.

[65] Soburov KA, Tumonbaeva NB. Ecology of mountain biogeochemical provinces and immune system. Meditsina Kyrgyzstana. 2014;(5):66-70. (In Russ).

[66] Собуров К.А., Тюмонбаева Н.Б. Экология горных биогеохимических провинций и иммунитет // Медицина Кыргызстана. 2014. № 5. С. 66-70.

[67] Chatham-Stephens K, Caravanos J, Ericson B, et al. The pediatric burden of disease from lead exposure at toxic waste sites in low and middle income countries. Environmental Research. 2014;132:379-83. doi: 10.1016/j.envres.2014.04.018

[68] Chatham-Stephens K., Caravanos J., Ericson B., et al. The pediatric burden of disease from lead exposure at toxic waste sites in low and middle income countries // Environmental Research. 2014. Vol. 132. P. 379-383. doi: 10.1016/j.envres.2014.04.018

[69] Hamilton EI. Environmental variables in a holistic evaluation of land contaminated by historic mine wastes: a study of multi-element mine wastes in West Devon, England using arsenic as an element of potential concern to human health. The Science of the Total Environment. 2000;249(1-3):171-221. doi: 10.1016/s0048-9697(99)00519-7

[70] Hamilton E.I. Environmental variables in a holistic evaluation of land contaminated by historic mine wastes: a study of multi-element mine wastes in West Devon, England using arsenic as an element of potential concern to human health // The Science of the Total Environment. 2000. Vol. 249, № 1-3. P. 171-221. doi: 10.1016/s0048-9697(99)00519-7

[71] Rehman IU, Ishaq M, Ali L, et al. Enrichment, spatial distribution of potential ecological and human health risk assessment via toxic metals in soil and surface water ingestion in the vicinity of Sewakht mines, district Chitral, Northern Pakistan. Ecotoxicology and Environmental Safety. 2018;154:127-36. doi: 10.1016/j.ecoenv.2018.02.033

[72] Rehman I.U., Ishaq M., Ali L., et al. Enrichment, spatial distribution of potential ecological and human health risk assessment via toxic metals in soil and surface water ingestion in the vicinity of Sewakht mines, district Chitral, Northern Pakistan // Ecotoxicology and Environmental Safety. 2018. Vol. 154. P. 127-136. doi: 10.1016/j.ecoenv.2018.02.033

[73] Singh M, Thind PS, John S. Health risk assessment of the workers exposed to the heavy metals in e-waste recycling sites of Chandigarh and Ludhiana, Punjab, India. Chemosphere. 2018;203:426-33. doi: 10.1016/j.chemosphere.2018.03.138

[74] Singh M., Thind P.S., John S. Health risk assessment of the workers exposed to the heavy metals in e-waste recycling sites of Chandigarh and Ludhiana, Punjab, India // Chemosphere. 2018. Vol. 203. P. 426-433. doi: 10.1016/j.chemosphere.2018.03.138

[75] Sharma S, Nagpal AK, Kaur I. Heavy metal contamination in soil, food crops and associated health risks for residents of Ropar wetland, Punjab, India and its environs. Food Chemistry. 2018;255:15-22. doi: 10.1016/j.foodchem.2018.02.037

[76] Sharma S., Nagpal A. K., Kaur I. Heavy metal contamination in soil, food crops and associated health risks for residents of Ropar wetland, Punjab, India and its environs // Food Chemistry. 2018. Vol. 255. P. 15-22. doi: 10.1016/j.foodchem.2018.02.037

[77] Saghatelyan AK, Sahakyan LV, Belyaeva OA, et al. Evolution of ecologo-geochemical investigations in ARMENIA. Izvestiya Rossiiskoi Akademii Nauk. Seriya Geograficheskaya. 2016;(4):119-27. (In Russ). doi: 10.15356/0373-2444-2016-4-119-127

[78] Сагателян А.К., Саакян Л.В., Беляева О.А., и др. Эволюция эколого-геохимических исследований в Армении // Известия РАН. Серия географическая. 2016. № 4. С. 119-127. doi: 10.15356/0373-2444-2016-4-119-127

[79] Kapustina YA, Tyheeva NA, Tsybikova EN, et al. Regulation of nervous system of the organism at introduction biologically active additive with iodine of the natural origin in conditions of experiment. On line scientific & educational Bulletin «Health and Education Millennium». 2008;10(10):443-5. (In Russ).

[80] Капустина Ю.А., Тыхеева Н.А., Цыбикова Е.Н., и др. Нейроэндокринная регуляция организма при введении йодсодержащей БАД природного происхождения в условиях эксперимента // Электронный научно-образовательный вестник «Здоровье и образование в XXI веке». 2008. Т. 10, № 10. С. 443-445.

RIGHTS & PERMISSIONS

Artemenkov A.