Xenobiotiska kemikalier

förekomsten av ämnen i jord som inte naturligt produceras av biologiska arter är av stor allmän oro. Många av dessa så kallade xenobiotiska (från grekiska xenos, ”främling” och bios, ”liv”) kemikalier har visat sig vara cancerframkallande eller kan ackumuleras i miljön med toxiska effekter på ekosystemen (se tabellen över stora markföroreningar). Även om mänsklig exponering för dessa ämnen främst sker genom inandning eller dricksvatten, spelar jordar en viktig roll eftersom de påverkar rörligheten och biologiska effekterna av dessa toxiner.

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. De flesta metallerna hittades vanligtvis vid mycket låga totala koncentrationer i orörda vatten—av denna anledning kallas de ofta spårmetaller. Snabba ökningar av spårmetallkoncentrationer i miljön är vanligtvis kopplade till utvecklingen av exploaterande teknik. Denna typ av plötslig förändring utsätter biosfären för en risk för destabilisering, eftersom organismer som utvecklats under förhållanden med låga koncentrationer av en metall närvarande inte har utvecklat biokemiska vägar som kan avgifta den metallen när den är närvarande vid höga koncentrationer. Samma resonemang gäller för de organiska giftiga föreningarna.

mekanismerna bakom toxiciteten hos xenobiotiska föreningar förstås inte fullständigt, men det finns enighet om vikten av följande processer för interaktioner mellan giftiga metaller och biologiska molekyler: (1) förskjutning av en giftig metall av ett näringsmineral (till exempel kalcium) bundet till en biomolekyl, (2) komplexering av en giftig metall med en biomolekyl som effektivt blockerar biomolekylen från att delta i en organisms biokemi och (3) modifiering av konformationen av en biomolekyl som är kritisk för dess biokemiska funktion. Alla dessa mekanismer är relaterade till komplex bildning mellan en giftig metall och en biomolekyl. De föreslår att starka komplexbildare är mer benägna att inducera toxicitet genom att störa biomolekylernas normala Kemi.

inte alla jordföroreningar är xenobiotiska föreningar. Växtproduktionsproblem inom jordbruket uppstår när överskott av salthalt (saltackumulering) förekommer i jordar i torra klimat där förångningshastigheten överstiger nederbördshastigheten. När jorden torkar tenderar joner som frigörs genom mineralvädring eller införs av saltvattenvatten att ackumuleras i form av karbonat, sulfat, klorid och lermineraler. Eftersom alla Na+ (natrium) och K+ (kalium) och många Ca2+ (kalcium) och Mg2 + (magnesium) salter av klorid, sulfid och karbonat är lättlösliga, är det denna uppsättning metalljoner som bidrar mest till jordens salthalt. Vid tillräckligt höga koncentrationer utgör salterna en toxicitetsrisk från Na+, HCO3− (bikarbonat) och Cl – (klorid) och stör vattenupptagningen av växter från jorden. Toxicitet från B (bor) är också vanligt på grund av ackumulering av borinnehållande mineraler i torra markmiljöer.

den fortsatta användningen av en vattenresurs för bevattning av jordbruksmark i en torr region kräver att det applicerade vattnet inte skadar markmiljön. Bevattningsvatten är också saltlösningar; beroende på deras speciella källa och postutdragbehandling kanske de särskilda salterna som finns i bevattningsvatten inte är kompatibla med den uppsättning mineraler som finns i marken. Grödans utnyttjande av vatten och gödselmedel har effekten att koncentrera salter i jorden; följaktligen kan bevattnade jordar utan noggrann hantering bli saltlösning eller utveckla toxicitet. Ett utbrett exempel på bevattningsinducerad toxicitetsrisk är No3 – (nitrat) ackumulering i grundvatten orsakad av överskott av utlakning av kvävegödsel genom jordbruksmark. Mänskliga spädbarn som får grundvatten med högt nitrat som dricksvatten kan drabbas av metemoglobinemi (”blue baby syndrome”) på grund av omvandlingen av NO3− till giftigt NO2− (nitrit) i matsmältningskanalen. Kostsam grundvattenbehandling är för närvarande det enda möjliga botemedlet när detta problem uppstår.