Ksenobioottiset kemikaalit

sellaisten aineiden esiintyminen maaperässä, joita biologiset lajit eivät luonnostaan tuota, aiheuttaa suurta yleistä huolta. Monet näistä niin kutsutuista ksenobioottisista kemikaaleista (kreikan kielestä ”Xenos”, ”vieras”, ja bios, ”elämä”) on todettu karsinogeenisiksi tai ne voivat kerääntyä ympäristöön ja aiheuttaa myrkyllisiä vaikutuksia ekosysteemeihin (katso taulukko merkittävistä maaperän saasteista). Vaikka ihminen altistuu näille aineille pääasiassa hengitettynä tai juomavetenä, maaperällä on tärkeä rooli, koska se vaikuttaa näiden toksiinien liikkuvuuteen ja biologisiin vaikutuksiin.

The abundance of xenobiotic compounds in soil has been increased dramatically by the accelerated rate of extraction of minerals and fossil fuels and by highly technological industrial processes. Suurin osa metalleista oli tyypillisesti hyvin pieninä kokonaispitoisuuksina koskemattomissa vesissä—tästä syystä niitä kutsutaan usein hivenmetalleiksi. Ympäristön hivenainepitoisuuksien nopea nousu liittyy yleisesti hyväksikäyttöteknologioiden kehittämiseen. Tällainen äkillinen muutos altistaa biosfäärin epävakauden riskille, koska eliöt, jotka ovat kehittyneet olosuhteissa, joissa on pieniä pitoisuuksia läsnä olevaa metallia, eivät ole kehittäneet biokemiallisia reittejä, jotka pystyisivät detoksifioimaan tuon metallin, kun sitä esiintyy suurina pitoisuuksina. Sama perustelu pätee orgaanisiin myrkyllisiin yhdisteisiin.

ksenobioottisten yhdisteiden myrkyllisyyden taustalla olevia mekanismeja ei täysin tunneta, mutta seuraavien prosessien merkityksestä myrkyllisten metallien vuorovaikutuksille biologisten molekyylien kanssa vallitsee yksimielisyys: (1) biomolekyyliin sitoutuneen ravintoainemineraalin (esimerkiksi kalsiumin) myrkyllisen metallin siirtyminen, (2) myrkyllisen metallin kompleksointi biomolekyylin kanssa, joka estää tehokkaasti biomolekyyliä osallistumasta organismin biokemiaan, ja (3) sen biokemiallisen toiminnan kannalta kriittisen biomolekyylin konformaation muuttaminen. Kaikki nämä mekanismit liittyvät myrkyllisen metallin ja biomolekyylin väliseen monimutkaiseen muodostumiseen. Niiden mukaan vahvat kompleksinmuodostajat aiheuttavat todennäköisemmin toksisuutta häiritsemällä biomolekyylien normaalia kemiaa.

kaikki maaperän epäpuhtaudet eivät ole ksenobioottisia yhdisteitä. Maatalouden kasvintuotantoon liittyy ongelmia, kun liiallinen suolapitoisuus (suolan kertyminen) esiintyy kuivassa ilmastossa, jossa Haihtumisnopeus ylittää Sademäärän. Maaperän kuivuessa mineraalien säänkestävyydestä vapautuneet tai suolaisen pohjaveden mukana kulkeutuneet ionit pyrkivät kerääntymään karbonaatti -, sulfaatti -, kloridi-ja savimineraaleiksi. Koska kaikki kloridin, sulfidin ja karbonaatin Na+ (natrium) ja K+ (kalium) sekä monet Ca2+ (kalsium) ja Mg2+ (magnesium) suolat ovat helposti liukenevia, juuri tämä metalli-ionien joukko vaikuttaa eniten maaperän suolapitoisuuteen. Riittävän suurina pitoisuuksina suolat aiheuttavat myrkyllisyysvaaran Na+: lle, HCO3: lle (bikarbonaatti) ja CL: lle (kloridi) ja häiritsevät kasvien vedenottoa maaperästä. B: n (boorin) myrkyllisyys on yleistä myös siksi, että booria sisältäviä mineraaleja kertyy kuiviin maaympäristöihin.

vesivarojen jatkuva käyttö maatalousmaan kasteluun kuivilla alueilla edellyttää, että käytetty vesi ei vahingoita maaperän ympäristöä. Kasteluvedet ovat myös suolaliuoksia; kasteluvedessä olevat suolat eivät välttämättä ole yhteensopivia maaperässä olevien mineraalien kanssa riippuen niiden lähteestä ja vedynjälkeisestä käsittelystä. Viljelykasvien hyödyntäminen veden ja lannoitteiden on vaikutus keskittämällä suoloja maaperään; näin ollen ilman huolellista hoitoa kasteltu maaperä voi tulla suolaliuosta tai kehittää myrkyllisyyttä. Laajalle levinnyt esimerkki kastelun aiheuttamasta myrkyllisyysvaarasta on NO3-(nitraatti) kertyminen pohjaveteen, joka johtuu typpilannoitteen liiallisesta huuhtoutumisesta maatalousmaan kautta. Runsasnitraattista pohjavettä juomavetenä saavat ihmislapset voivat saada methemoglobinemian (”blue baby syndrome”), koska no3− aine muuttuu myrkylliseksi NO2− (nitriitti) ruoansulatuskanavassa. Kallis pohjaveden käsittely on tällä hetkellä ainoa mahdollinen lääke, kun ongelma syntyy.