Важкі метали – збірна група хімічних елементів з властивостями металів (у тому числі металоїди) зі значною атомною масою та густиною, іони та сполуки яких мають виражений токсичний ефект.

   Сам термін «важкі метали» має деякі відмінності у тлумаченні різними авторами. Зокрема, у технічній літературі, де метали поділяються на легкі та важкі, важкими називають метали зі густиною понад 5 г/см3.  Для екологічної класифікації доцільніше керуватися не густиною, а відносною атомною масою. До важких металів включають понад 40 хімічних елементів, маса атомів яких складає понад 50 атомних одиниць (тобто, починаючи з ванадію). Це пов'язано з тим, що токсичність сполук металів, як правило, зростає зі збільшенням атомної маси.

Не всі важкі метали є небезпечними для живих організмів та екосистем. У багатьох з них є важливі життєво необхідні функції в організмі. Проте, вони теж можуть спричинювати виникнення токсичного ефекту за умов надходження високих доз до організму.

    Відповідно до функцій та концентрації в живих організмах всі важкі метали розділяють на:

Біогенні елементи (ессенціальні) – необхідні для життєдіяльності живих організмів, в яких вони виконують сигнальну, регуляторну та структурну функції.

Слідові елементи – завжди наявні у живих організмах, проте їх функція залишається невідомою.

    Чіткої межі між біогенними та слідовими елементами немає, оскільки поступово з’являється нова інформація щодо функцій окремих елементів. Так, на початку ХХ ст. необхідними для життя вважали 12 хімічних елементів: O; C; N; H; P; S; Na; K; Mg; Ca; Cl; Fe (де лише Fe – важкий метал). У першому виданні “Основи біохімії” А.Ленінджера (1970) таких вже нараховували 22, додавши Mn; Co; Cu; Zn; B; Al; V; Mo; I; Si. На даний момент їх 31: з них важкі елементи Cr; Ni; Se; As; Ag; Au вважаються ессенціальними, а Ge; Cd; Sn; Rb – умовно-есенціальними.

    Причини токсичності сполук важких металів полягають у порушенні швидкості та напрямку біохімічних процесів в клітині, пошкодженні мембранних структур та структури нуклеїнових кислот. Різноманіття токсичних ефектів, викликаних металами, пов’язано з тим, що значна частка біохімічних процесів відбувається за участю сполук ессенціальних металів (наприклад, металоферменти).

     Для різних груп живих організмів токсичність важких металів може дещо відрізнятися:

     Для водоростей - Hg>Cu>Cd>Fe>Cr>Zn>Co>Mn

     Для рослин - Hg>Pb>Cu>Cd>Cr>Ni>Zn

     Для риби - Ag>Hg>Cu>Pb>Cd>Al>Zn>Ni>Cr>Co>Mn>Sr

     Для ссавців - Ag>Hg>Cd>Cu>Pb>Co>Sn>Be>Mn>Zn>Ni>Fe>Cr

 

    Основною причиною забруднення довкілля важкими металами є діяльність людини з видобування та використання таких хімічних елементів. Якщо у давні часи людина використовувала не більше 18 хімічних елементів, то у XVIII ст. їх вже було 28, на початку ХХ ст. – 70, на даний момент – практично всі елементи періодичної таблиці мають застосування. Людство “перекачує” на земну поверхню елементи з родовищ. Причому в ході використання більшість металів не концентруються, а навпаки, розсіюються людиною. Лише для благородних металів характерне накопичення. Так, за час існування сучасної цивілізації було виплавлено близько 35 млрд. тон заліза. На даний момент світовий фонд заліза складає лише 10 млрд. тон. Різниця у 25 млрд. тон пішла на загальну «металізацію» біосфери. Видобування рідкісних металів призвело до багатократного збільшення інтенсивності їх міграції у біосфері та зміні їх біогеохімічних потоків.

​

    Для характеристики впливу антропогенної діяльності на біогеохімічні процеси кругообігу хімічних елементів та масштабів вилучення елементів людиною застосовують показник технофільності хімічних елементів – відношення обсягів щорічного добування елементу (у тонах) до його кларку у літосфері (г/тону). Як наслідок, у техногенних системах накопичуються найбільш технофільні елементи. Найбільшою технофільністю характеризуються Cd, Pb, As, Mo, Cr (коефіцієнт технофільності 1000000000 ). Це повязано з їх масовим використанням у виробництві, хоча ці елементи є рідкісними для земної кори. В останні роки спостерігається зменшення технофільності деяких металів, зокрема - Hg  (з 1980 р. по 2008 р. у 5 разів), що викликано звуженням їх використання у зв'язку з їх токсичністю (Касимов, Власов, 2012).