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第一章 环境地球化学绪论

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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静思笃行 持中秉正秋记与你分享邢新丽中国地质大学(武汉)真务实☞ 环境地球化学大纲• 第一章 绪论• 第二章 环境地球化学的 无机指标• 第三章 环境地球化学的 有机指标• 第四章 土壤圈 的环境地球化学问题• 第五章 大气圈 的环境地球化学问题• 第六章 水圈 的环境地球化学问题• 第七章 生物圈 的环境地球化学问题• 第八章 环境地球化学 工作方法艰苦朴素 求真务实☞• 考核方式:1. 读书报告及课堂展示 ( 60%)2. 期末考试(开卷) ( 40%)• 阅读材料及参考书目1. 相关的科技论文艰苦朴素 求真务实☞艰苦朴素 求真务实☞ 忠芳等,现代环境地球化学。北京:地质出版社, 1999。戎秋涛,翁焕新编,环境地球化学,北京:地质出版社, 1989。案例和研究方法的补充艰苦朴素 求真务实☞艰苦朴素 求真务实☞基础知识的补充艰苦朴素 求真务实☞艰苦朴素 求真务实☞国际最新学术研究前沿的补充艰苦朴素 求真务实☞艰苦朴素 求真务实☞ 第一章 绪论第一节 环境 和 环境 问题• ( 一 ) 环境与环境科学• ( 二 ) 环境 问题第二节 环境地球化学• ( 一 ) 环境地球化学 的定义• ( 二 ) 环境地球化学 的特点• ( 三 ) 环境地球化学 的研究任务• ( 四 ) 环境地球化学 发展动向艰苦朴素 求真务实☞第三节 环境地球化学指标• (一)人体健康与微量元素• (二)第一环境问题• (三)第二环境问题• (四)美国国家环境保护局优控污染物艰苦朴素 求真务实☞ 第一节 环境 和 环境 问题• 一、环境及其基本概念• 环境是影响 人类 生存和发展的所有外界 自然因素的总和。《 中华人民共和国环境保护法 》明确指出: “ 本法所指的环境是指: 大气、水、土地、矿藏、森林、草原、野生动物、水生生物、名胜古迹、风景游览区、温泉、疗养区、自然保护区、生活居住区等 ” 。从中可以得出另一个明确的结论, 环境的主体是针对与人类活动有关的自然介质 。艰苦朴素 求真务实☞• 环境科学就是研究人对自然介质影响的、包括理论和应用的 交叉学科 。• 从自然科学角度上,环境科学研究一般分为多个方面:环境地学、环境化学、环境物理学、环境生物学、环境工程学和环境医学等。艰苦朴素 求真务实☞ 第一节 环境 和 环境 问题环境科学 , S:is an by of It To of it to it is to in it is to in to as as by it to 真务实☞• 国际上的通用定义:• 环境是与人有关的自然因素和社会因素的总和• 理解:• 1 与人有关• 2 自然因素• 3 社会因素艰苦朴素 求真务实☞ 第一节 环境 和 环境 问题二 、 环境要素环境要素是指构成人类环境整体的各个独立的 、 性质不同的而又服从整体演化规律的基本因素 。 环境要素可分为 自然环境要素 和人工环境要素两类 。 通常指的环境要素是前者 , 包括水 、 大气 、 土壤 、 岩石 、 生物及阳光等 。环境结构单元是由一些环境要素组成的 , 而环境系统或环境整体又是由若干环境结构单元组成的 。艰苦朴素 求真务实☞各种环境要素之间的相互作用 , 不断演变构成了 动态平衡 的大系统 。 环境要素 演变的动力来自地球内部放射性元素的衰变能和太阳的辐射能 。 占太阳辐射能 50%的可见光 , 特别是辐射最强的青光 ( 是植物作用的能量来源 。 预测 , 太阳辐射能是环境要素演变的基本动力源泉 。艰苦朴素 求真务实☞• 自然界的环境系统环境系统 环境结构单元 主要环境要素水圈 水体 水、溶解气体、底泥、溶解矿物质大气圈 大气层 体、农田、草地、林地 岩石、土壤等生物圈 生物群落 生物体(动物、植物、微生物)艰苦朴素 求真务实☞环境要素 具有一些重要的特点,这是人们认识环境、评价环境、改造环境的基本依据。归纳起来有以下几点:① 最小限制律最小限制律认为: 整个环境的质量 , 不能由环境诸要素的平均状况来决定 , 而是受环境诸要素中处于最劣状态的那个环境要素所控制 。这就是说 , 环境的好坏取决于环境诸要素中 最差的要素 , 而不能用其中处于优良状态的要素来弥补较差的要素对环境诸要素的优劣进行定量评估 , 按照先劣后优的顺序, 依次改进某个要素 , 使之达到最佳状态 。艰苦朴素 求真务实☞② 等值性各个环境要素对环境质量的影响作用 , 无论各要素之间在规模上或数量上有什么差异 , 只要它们是处于 最劣状态 ,就具有等值性 。③ 整体性大于各个体之和 促进作用环境诸要素组成一个环境体系时 , 必然会相互作用导致质的飞跃 。 也就是说 , 所有要素的整体作用大于各要素各自单独作用的和 。④ 相互联系相互制约 抑制作用在一个环境系统中,各环境要素是相互联系、相互作用和相互制约的。艰苦朴素 求真务实☞环境 质量环境质量是对环境状况的一种描述,一般是指在一具体环境内,环境的某些要素或总体对人类或社会经济发展的 适宜程度 。环境质量的好坏直接影响人类的生活质量和社会经济的发展。环境容量环境容量 是指人类生存和自然环境在 不致受害 的前提下, 环境可能容纳污染物质的最大负荷量 。艰苦朴素 求真务实☞环境本底值: 环境在未受到人类干扰的情况下,环境中的物质和能量分布的正常值称为 环境本底值 。当污染物质或因素进入环境后,环境具有一定的迁移、扩散、同化和异化的能力,能通过一系列物理、化学、生物等作用,使污染物或污染作用消失,环境的这种净化作用,称为 环境自净 。但这种能力是有限的,也就形成了环境容量。对 一个特定的环境 及环境所提出的 特定功能 而言,环境容量对于各种不同情况具有 一系列 的 确定值 。但由于环境会有时、空、量、序的变化,物质也有不同的分布特征,因此, 环境容量又是时常变化的 。艰苦朴素 求真务实☞• 环境 效应环境效应是指在环境要素作用下环境受到影响的 现象及其 后果 。环境效应可分为 自然环境效应及人为环境效应, 一般所称的环境效应多数是指人为环境效应。 按环境效应产生的机理,还可以分为环境生物效应、环境化学效应和环境物理效应等。环境生物效应 是环境诸因素变化而导致生态系统变化的各种后果。 环境化学效应 是指在环境条件的影响下,物质之间的化学反应所引起的环境效果。 环境物理效应是指由物理作用而引起的环境效果。艰苦朴素 求真务实☞环境 的性质① 整体性 就人与地球环境而言 , 人与地球是一个整体 , 地球的任一部分或任一系统都是人类环境的组成部分 , 各部分之间相互联系 、 相互制约 。局部地区的环境污染或破坏必定会影响其它地区, 在环境污染问题上 , 是没有地区界限和国界的。② 有限性 人类生存的环境是有限的 , 在地球环境中 资源是有限的 , 环境对污染物质的包容 、 自净能力是有限的 。 也正因如此 , 在环境科学中引进了 环境容量 这样一个科学的观念 。艰苦朴素 求真务实☞③ 不可逆性 在人类环境系统的运转过程中 , 存在着三种运动形式: 能量的流动 、 物质的循环和信息的传递 。 前一过程是 不可逆的 , 因此 ,根据热力学理论 , 整体过程是不可逆的 。 环境系统遭到破坏后 , 即使可以得到部分的修复 , 但也不能完全彻底恢复到原状 。△ H △ S △ G④ 隐现性 一些 突发性 的环境污染事故 , 从发生到产生后果 , 时间很短, 然而 , 大多数的环境污染现象 , 需要较长时间才能观察到由它引起的明显的后果 , 例如水体中的重金属污染 。 当重金属随废水排出时 ,往往浓度很低 , 不被人类察觉 , 然而在水中重金属经微生物作用就会转化为毒性更大的有机金属化合物 , 水生生物从污染水体中摄取了这种有机金属化合物 , 再经过食物链的生物放大作用 , 然后在较高级的生物体内成千上万倍地富集 , 最后经过食物进入人体 , 并在人体某些器官中积蓄起来 , 达到一定的浓度后 , 人体就会出现慢性中毒 。艰苦朴素 求真务实☞⑤ 持续作用性 环境科学研究的结果表明 , 环境污染不仅影响当代人的健康 , 还会造成 遗传隐患 , 影响下一代甚至几代人的健康 。 环境污染对生物体和非生物体同样存在着持续的作用性 。⑥ 灾害放大性 实践证明,某些环境污染与破坏,开始并未引起人们的注意,然而经过长期的作用,给人类带来的灾害就会明显地放大 ,如人类的文明史起源于火的利用,人类在漫长的发展过程中并未察觉到燃烧过程排放的碳氧化物会给人类带来什么害处,然而经过这么多年,碳氧化物等污染物已引起全球性的关注,可能引起气候异常、气温升高、海平面上升等,给人类造成严重后果。艰苦朴素 求真务实☞(二 ) 环境问题全球环境或区域环境中出现了 不利于 人类生存和发展的现象 , 概括为环境问题 。 目前所指的环境问题 , 主要是人类利用环境不当和人类社会发展中与环境不协调所致 。环境问题的内容也涉及到各个方面 , 如环境污染 , 生态破坏 , 人口急剧增加和资源的破坏与枯竭等 。环境问题又分原生 ( 或第一类环境 ) 问题 、 次生 ( 或第二类环境 ) 问题和社会环境 ( 或第三类环境 ) 问题 。艰苦朴素 求真务实☞原生环境 问题是与人类活动无关的 , 由自然界原来的环境给人类造成的 , 如许多自然灾害 , 是大自然活动的必然结果;又如疾病的流行或某些地方病的发生等 。次生环境 问题是由人类活动引起的环境质量变化 , 以及这种变化对人类生产 、 生活和健康的影响问题 。社会环境 问题是由于社会结构本身的不合理所造成的, 如人口增长 、 城市膨胀 、 科技和教育的结构不合理 , 以及经济发展不平衡带来的社会结构和社会生活问题 。艰苦朴素 求真务实☞当今所讨论的环境问题多指 次生环境问题 。但上述三类环境问题往往又是彼此联系、不易分割的,尤其是讨论全球环境问题时,不可能不涉及社会环境问题。环境污染作为一个问题逐步引起人们的注意是从 18世纪到 19世纪的产业革命开始的。产业革命后,蒸汽机的发明和广泛使用,使生产力大为提高。这样,使一些工业发达的城市和工矿区,人口密集,物流量大,燃煤量急剧增加。以大气污染为主的环境问题不断发生。如 1873年、1880年、 1882年、 1892年英国伦敦曾发生多起可怕的有毒烟雾事件艰苦朴素 求真务实☞当前世界所面临的几个环境问题• 人口问题 人口急剧增加可以认为是当前环境的首要问题。 近百年来 , 世界人口的增长速度达到了人类历史上的最高峰 , 目前世界人口已经达到 63亿 , 中国已经突破 13亿大关 。• 资源问题 自然资源是人类生存发展不可缺少的物质依托和条件 , 然而 , 随着全球人口的增加和经济的发展 , 对资源需求日益剧增 , 人类在受到某些资源短缺或耗竭的严重挑战 。 主要表现在:土地资源在不断减少和退化 、 森林资源在不断缩小 、 淡水资源出现严重不足 、 生物物种在减少、 某些矿产资源濒临枯竭 。艰苦朴素 求真务实☞• 生态破坏 全球性的生态破坏主要包括:森林减少 、 土地退化 、 水土流失 、 沙漠化 、物种消失等 。• 环境污染 环境污染作为全球性的重要环境问题 , 主要是指温室气体过量排放造成的气候变化 、 广泛的大气污染和酸雨沉降 、臭氧层破坏 、 有毒化学物资的污染危害及其 全球气候的变化 。艰苦朴素 求真务实☞• 《 政府间气候变化专门委员会第四次评估报告 》 2007 《 中国应对气候变化国家方案 》 2007 • 《 湖北省应对气候变化行动方案 》 2009 艰苦朴素 求真务实☞全称 : 《 联合国气候变化框架公约 》 缔约方第 15次会议日程 : 2009年 12月 7日 — 18日地点 :丹麦首都哥本哈根 超过 85个国家元首或政府首脑、192个国家的环境部长出席目的 :商讨 《 京都议定书 》 一期承诺到期后的后续方案,就未来应对气候变化的全球行动签署新的协议。艰苦朴素 求真务实☞中华人民共和国科学技术部关于发布全球变化研究重大科学研究计划项目申报指南的通知• 000年典型暖期的形成机制及其影响研究• 印度洋海气过程对东亚及全球气候变化的影响• 会经济、人口健康影响与适应机制研究• 化、融合与应用• 东亚区域气候系统相互影响的综合观测试验和机制研究• 生+次生+社会??艰苦朴素 求真务实☞• 环境问题的分类和内容艰苦朴素 求真务实☞ 阅读材料• 世界八大公害事件( 1930 公害事件( 因环境污染造成的在 短期内 人群 大量 发病和死亡事件。• 马斯河谷事件 (工业区大气污染 )、多诺拉事件(大气污染)、 洛杉矶光化学烟雾事件(大气污染)、伦敦烟雾事件(大气污染)、四日市哮喘事件(大气污染)、米糠油事件(食物中毒 水俣病事件(食物中毒 — 甲基汞)、富山痛骨病事件(食物镉中毒)艰苦朴素 求真务实☞艰苦朴素 求真务实☞ 当前面临的十大环境问题全球气候变暖;臭氧层破坏;酸雨蔓延;大气污染严重;淡水资源枯竭和恶化;固体废物弃置;生物多样性减少;森林面积锐减;土壤退化和沙漠化;资源匮乏艰苦朴素 求真务实☞ 第二节 环境地球化学• ( 一 ) 环境地球化学 的定义• ( 二 ) 环境地球化学 的特点• ( 三 ) 环境地球化学 的研究任务• ( 四 ) 环境地球化学 发展动向艰苦朴素 求真务实☞(一) 环境地球化学 的定义• 环境地球化学是一门年轻而又发展迅速的交叉学科,是 20世纪 60年代兴起的一个新的研究领域,是 研究污染元素及化合物在人类赖以生存的周围环境中的地球化学组成、地球化学作用和地球化学演化与人类健康关系的科学 。 环境地球化学的主要任务是研究人类活动与地球化学环境相互作用,是地球化学与环境科学相互渗透而产生的一门新兴边缘学科。它从地球环境的整体性和相互依存性观点出发,以地质学为基础,综合研究 污染元素及化合物 在 地-水-气-人环境系统 中的地球化学行为,揭示人为活动干扰下区域及全球环境系统的保护规律,为资源开发利用、环境质量控制及人类生存、健康服务。艰苦朴素 求真务实☞(二)环境地球化学的特点• 环境地球化学着重于那些对人类的健康、生存和发展有密切关系的 元素和化合物 作为研究对象,并随着学科的发展不断探索其它元素和化合物的规律;• 环境地球化学着重于与人类的生存密切相关的区域,即地球的 外圈层 为其主要研究范围;• 环境地球化学还把 人类活动造成 对自然环境影响的某些方面,以及为 改善人类生存 自然条件的有关问题作为自己的重要研究内容。艰苦朴素 求真务实☞(三)环境地球化学的研究任务• 研究 元素及化合物 在 地球外圈层 的各部分,特别是土壤、水体和大气中的 含量和分布,阐明其分配规律、评价原生环境质量 ,为改造原生环境质量提供依据;• 研究个别元素及化合物的环境地球化学行为,即研究对人类有益或有害元素及化合物,以及生命元素及化合物的 赋存规律、结合形态及其对人类健康的影响;• 研究区域环境地球化学特征,揭示 与原生环境有关的地方性疾病的发生原因 ,探讨人类长寿的环境地球化学因素;• 为了解和改善自然环境而进行的环境地球化学基础研究,如原始地球的环境及其演化、元素及化合物的环境地球化学分类、元素及化合物演化过程中能量的作用、元素及化合物环境地球化学背景值的确定、原生环境质量评价以及人类活动对自然环境的影响和预测等。艰苦朴素 求真务实☞(四)环境地球化学发展动向(历史)• 早年,日本小林纯以及前苏联学者 1965年,美国《地质时代》刊物首先正式使用了“ 医学地质 ”的名词;英国具 160 年历史的地质调查所更名为地质研究所,隶属于新设立的自然环境研究委员会; 1969年,美国地质调查所成立了环境地质组。继之,在日、法、德等国的地质机构中纷纷成立了专门的环境地质组织并开展了一系列的科学研究工作。艰苦朴素 求真务实☞• 自 1968年起,美国密苏里大学逐年召开一次具有国际性的“微量物质对环境健康影响”的学术讨论会; 1972年夏,在斯德哥尔摩召开了“ 人与环境” 的第一次国际会议,并出版了论文集。 1975年在加拿大安大略召开了“环境生物地球化学讨论会”, 1977年在肯尼亚首都内罗毕召开了联合国沙漠化会议等。• 随着环境地质机构的建立,学术活动的频繁, 环境地质 出版物也不断增多。在美国, 70年代初即出版了几个版本的“环境地质学”教科书 。在前苏联, 1973年出版了《生物圈地球化学》; 1975年出版了《 环境地球化学 》等专著,标志着环境地球化学作为一门独立的学科出现了。艰苦朴素 求真务实☞• 我国环境地球化学研究与国际学术界的发展基本上是同步的,• 60年代是我国环境地球化学学科发展的萌芽阶段;• 60年代末,地学研究人员和医学工作者从病区分布与环境条件出发,对上述疾病开展了大量的 地质环境调查和地球化学病因研究 。• 60年代以来,环境污染和生态恶化的问题日益突出,对地学工作者提出了新的任务艰苦朴素 求真务实☞• 70年代环境地球化学作为新兴边缘学科在我国确立;并获得初步发展的阶段;• 1972年中国科学院地球化学研究所率先编辑出版了不定期的刊物-《 环境地质与健康 》。• 1979年,中国矿物岩石地球化学学会设立了环境地质地球化学专业委员会;中国环境科学学会设置了环境地球化学及污染化学地理专业委员会、环境质量评价专业委员会;中国地理学会设置了化学地理专业委员会。艰苦朴素 求真务实☞• 80年代环境地球化学蓬勃发展,在理论上和解决实际环境生态科学问题中显示出重要作用的阶段;• 90年代环境地球化学在我国环境质量的维护和改善、自然资源的合理开发利用、全球变化研究、农业生态保护及经济社会协调发展的环境决策等各方面都发挥重大作用的时期。艰苦朴素 求真务实☞(四)环境地球化学发展动向(现状)• 区域环境分异的研究• 区域环境背景研究• 区域环境效应的研究• 区域环境容量的研究• 环境地球化学理论问题的探索• 区域性典型环境研究• 过去全球变化中环境信息的提取期刊综述文献给了我们最近的研究动向!!艰苦朴素 求真务实☞ 问题• 哪些属于环境地球化学问题?举例说明• 环境化学与环境地球化学、环境地球化学与地球化学的区别与联系?艰苦朴素 求真务实☞• 环境化学的定义:1972年 环境化学 》 定义:“ 环境化学是研究岩石圈 、 水圈 、 生物圈 、 外层大气圈的化学组成和其中发生的过程 , 特别是界面上的化学组成和过程的学科 ” 。戴树桂等认为: “ 环境化学是一门研究有害化学物质在环境介质中的存在 、 化学特性 、 行为和效应 及其控制的化学原理和方法的科学 。 它既是环境科学的核心组成部分 , 也是化学科学的一个新的重要分支 ” 。艰苦朴素 求真务实☞《 自然科学学科发展战略研究报告:环境化学 》 一书提出: “ 环境化学是一门研究潜在 有害化学物质 在环境介质中的 存在 、 行为 、 效应 ( 生态效应 、 人体健康效应及其它环境效应 )以及 减少或消除其产生 的科学 ” 。艰苦朴素 求真务实☞环境化学的任务研究有害化学物质在环境介质中的存在、化学特性、行为和效应及其控制的化学原理和方法 用化学的基本理论和方法发现和解决环境问题艰苦朴素 求真务实☞有害物质在环境中存在的浓度水平和形态 ;潜在有害物质的来源,它们在个别环境介质中和不同介质间的环境化学行为 ;有害物质对环境和生态系统以及人体健康产生效应的机制和风险性 ;有害物质已造成影响的缓解和消除以及防止产生危害的方法和途径 ;研究内容艰苦朴素 求真务实☞• 环境化学的特点从 微观的原子、分子水平上 ,研究宏观的环境现象与变化的化学机制及其防治途径,其核心是研究化学污染物在环境中的化学转化和效应 。微观型艰苦朴素 求真务实☞• 地球化学的定义: 地球化学是研究地球的 化学组成、化学作用和化学演化 的科学,它是地质学与化学、物理学相结合而产生和发展起来的边缘学科。它的研究范围也从地球扩展到月球和太阳系的其他天体。• 地球化学不同于一般性的化学,其反映 自然作用过程中的化学 问题;涉及自然过程 所有元素和化合物化学 问题。艰苦朴素 求真务实☞• 地球化学主要研究 地球和地质体 中 元素及其同位素 的组成,定量地测定元素及其同位素在地球各个部分 (如水圈、气圈、生物圈、岩石圈 )和地质体中的分布;研究 地球表面和内部及某些天体 中进行的化学作用,揭示元素及其同位素的迁移、富集和分散规律;研究地球乃至天体的化学演化,即研究地球各个部分,如大气圈、水圈、地壳、地幔、地核中和各种岩类以及各种地质体中化学元素的平衡、旋回,在时间和空间上的变化规律。宏观型!艰苦朴素 求真务实☞ 分支学科• 元素地球化学• 同位素地球化学• 有机地球化学• 天体化学• 环境地球化学• 矿床地球化学• 区域地球化学• 勘查地球化学艰苦朴素 求真务实☞• 环境化学:侧重研究对象的机理解释• 地球化学:研究对象的时空(地理、地质)分布• 环境地球化学:侧重研究对象状态变化对环境和生物的影响艰苦朴素 求真务实☞ 第三节 环境地球化学指标• 人体健康与微量元素• 第一环境问题• 第二环境问题• 美国国家环境保护局优控污染物艰苦朴素 求真务实☞(一 )人体健康与微量元素• 环境与资源是人类赖以生存的基础。人类在工作和生活过程中与环境存在着不间断的 物质和能量交换 。但要使人类生活得健康,则必使与之共存接触的 介质清洁、交换的物质适量保持平衡 。• 接触介质 问题,是近代环境科学研究较早关注的内容之一。早在1755年,人们就以注意到伦敦烟囱清洁工患有职业性的阴囊癌。直到 1930年,学者们通过对烟尘的研究才发现,烟尘中含有大量的强致癌性有机物质苯并 (a)芘,认为烟囱清洁工长期与烟尘接触而致。工业化开展后大量的燃煤,使空气中硫氧化物含量增高及雨水被酸化—— 酸雨。酸雨对人的皮肤有腐蚀作用。现代工业伴随着机动车数量的激剧膨胀,机动车排放出对大量氮氧化物对人的皮肤、眼睛和呼吸道有强烈的剌激作用。众多化工及加工企业车间空气内含量有大量的挥发性有机化合物,这些化合物对人们的健康均有重大的影响。艰苦朴素 求真务实☞• 物质交换 问题,是维持人类机体正常运转的基础之一。人们要维持机体的活性,尽可必需要从环境中获取物质。但对所获取的任何物质又必需是 适量 。• 就其无机元素来说,存在着所谓 “必需元素”和“非必需元素” 的提法。 必需元素的三个条件为: ①它存在于一种动物的所有健康的活组织中,并总能在动物体内 恒定地 被检测到;②当它从组织中被消耗掉或被移走时,动物就出现 缺乏症状 ,而重新得到足够的补充时,这些缺乏症状就随之消失;③这些缺乏症状的出现,应被证实是由于分子水平上的特殊的 生物化学损坏 的结果。艰苦朴素 求真务实☞• 目前已知对人的生命即对人的生长、发育、活动和繁殖是 必需的金属元素 至少有 20多个,如 n、 V、 有其它如 C、 H、 O、 N、 P、 F、 B、 I、 金属常量和微量元素。艰苦朴素 求真务实☞• 人体必需的微量金属元素及其浓度(单位: 0属 类金属 过渡金属艰苦朴素 求真务实☞• 由于人或者其他生物体的生命过程对物质的摄取必需是 适量的 ,所以 缺乏和过量 供给均会产生伤害。• 寻找适宜的生长曲线艰苦朴素 求真务实☞艰苦朴素 求真务实☞• 食物链• 我国有句古老的谚语:大鱼吃小鱼,小鱼吃虾米,虾米吃泥巴。• 这句话就是食物链的生动描述,它反映了生态系统中植物与动物、动物与动物之间的食者与被食者的关系。按照食物关系,在生态系统中居于同样地位,起着同样作用的一群生物属于一个 营养级 。营养级彼此相联系,构成链的形式,称为食物链。艰苦朴素 求真务实☞食物链富集• 与食物链有关的一个重要现象是污染物沿着食物链富集。当毒害物被 生产者 摄取后,从 生产者 转移到草食动物,再从草食动物转移到肉食动物,其浓度成百成千倍地增加。环境中的毒害物浓度本来很低,经过沿食物链的这种浓集,到达较高营养级时,其危害程度大大增高。艰苦朴素 求真务实☞• 而我们人类常常处于食物链的顶端,富集现象对于我们的威胁是十分明显的。尤其是在当前化学污染物较为普遍,特别是毒害有机物,如多环芳烃( 多氯联苯( 、有机氯农药(和药物及个人护理品( 新型污染物泛滥的今天,显得极为可怕。艰苦朴素 求真务实☞食物链富集例一• 以 食物链上的富集情况就是如此。湖水和河水中其含量为 .2 mg/到浮游生物中则为 77中为200而以鱼为食的一些鸟类体中 700现以查明,以鱼为食的 鹈鹕 (一种鸟)的大量死亡就是这一原因。人类喜食鱼类动物,同样也受到这种威胁。艰苦朴素 求真务实☞食物链富集例二• 上世纪七十年代,我国农田大量使用 时农村中所谓的壮劳力,即干重活且饭量大的人群,在以后的二十年内大部分都因患食管癌、胃癌、肝癌和直肠癌而出现非正常死亡。这都是因为农药在谷物上的残留,并被大量摄入体内,且在体内聚集而引起机体病变所致。• 四川盐亭食道癌高发区,对辣椒等农作物的监测发现 辣椒中 苦朴素 求真务实☞艰苦朴素 求真务实☞食物链富集例三• 海岸滩涂养殖的水产品由于所处位置(包括海水和沉积物)毒害有机污染物含量较高,而使水产品中毒害有机污染物的含量也超标,因此影响该类产品的出口。• 福建的茶叶、山东的海产品出口受阻均是这类原因。艰苦朴素 求真务实☞(二 )第一环境问题 —— 自然介质中化学元素缺乏和过量与地方病• 有机体因得不到足够数量的微量元素而出现缺乏症状,即天然地球化学环境的不均匀性与人体健康关系的问题。如缺碘与地方性甲状腺肿大的关系,缺硒、缺钼与一种原因不明的地方性心肌病(克山病)之间可能的关系问题等。艰苦朴素 求真务实☞• 因环境中存在过量的某些化学元素而导致机体中毒。如环境中氟含量过高而出现氟中毒 ,即氟病;砷含量过高而中毒产生表性病症和内脏病症等 。艰苦朴素 求真务实☞ 举例 :氟污染的危害• 氟中毒有两种主要症状,氟斑牙和氟骨症。• 氟骨症 :骨质发生硬化,腰背疼痛,背部和手臂不能弯曲,最后瘫痪在床,完全丧失生活自理能力。笑不敢露齿艰苦朴素 求真务实☞• 地方性氟中毒基本上是一种 可以预防但不能医治的疾病 。即使现在采取了切实有效的措施,现有病人的氟斑牙也不会改变,氟骨症的病情难以明显好转, 坚持有效防治至少 10年以上 ,才能在新生一代儿童身上看到防治工作的效果。• 氟中毒患者的病情只会不断加重 ,一般无法减轻。沉积在人体硬组织内的氟很难在排泄出来。 母亲怀孕 3个半月到 4个月时 , 人的第一个恒牙的牙胚已经形成,此后进入牙釉质和牙本质的沉淀和钙化阶段, 大约在婴儿出生时完成 。在这 5个月中,如果有过量的氟摄入,成釉细胞中毒变性,这颗牙萌出时就形成氟斑牙。儿童最后一颗恒牙的牙釉质和牙本质的沉淀和钙化阶段完成于 10岁左右 。艰苦朴素 求真务实☞• 氟中毒已经成为我国危害最严重的地方性疾病之一。卫生部、发展改革委员会和财政部联合发布的 《 全国重点地方病防治规划( 2004》中提供的数据称,截至 2003年底,中国流行的各类地方病中,氟中毒患者数量最大。全国有氟斑牙患者 3877万 人、氟骨症患者 284万人。如果按照我国 13亿人口计算,平均约 每 30人 就有一名氟中毒患者。艰苦朴素 求真务实☞• 贵州地区的氟污染• 燃煤污染型氟中毒最为严重的地区• 根据 2003年全国地方病年报统计,贵州省共有氟斑牙患者1000余万人, 810万人 。贵州省的 87个县市中, 37个县有燃煤污染型氟中毒流行,另外有 5个县局部流行。贵州省毕节地区的 8个县全是燃煤污染型氟中毒的重病区, 平均氟斑牙的检出率达到 85%。• 这些氟是通过什么途径进入食物链,进入人体的呢?艰苦朴素 求真务实☞• 中国科学院环境地球化学国家重点实验室研究员郑宝山,对燃煤污染型氟中毒进行了 20余年的研究,他在近期主持的国家自然科学基金重点项目中,对燃煤污染型氟中毒的研究有了突破性发现 艰苦朴素 求真务实☞• 氟的 两种地球化学性质 是导致燃煤污染型氟中毒的关键原因:( 1)保存在室内的玉米和辣椒可以 强烈吸收富集于空气中的氟 ,而且玉米和辣椒的含水量越高吸收越快。( 2)由于西南地区 温暖潮湿气候 ,土壤表层之下形成了富含铁铝氧化物和黏土矿物的 土壤粘化层 。岩石风化过程中释放出来的氟保存并富集在这一土层内形成了 富氟粘化层 。艰苦朴素 求真务实☞• 西南氟中毒地区普遍煤炭资源丰富, 煤层浅 ,易于就地开采使用,但是开采出的煤多为 粉煤 。以粉煤为燃料必须使用 黏土为粘合剂 。而 黏土的氟含量大大高于煤炭 ,一般在10倍以上。西南地区受特殊气候影响,黏土的氟含量远高于全国其他地区。试验表明,即使煤泥中只含 20%的黏土,燃烧时黏土释放的氟是煤粉释放的氟的 3倍以上。艰苦朴素 求真务实☞• 西南山区,玉米和辣椒是 主要农作物和副食品。 受气候条件限制,潮湿的玉米和辣椒 不能自然干燥和收藏,必须使用煤火烘干并保存在有煤火的室内,才能避免发霉变质。这个过程中,玉米和辣椒吸收和富集了煤炭燃烧过程中从 煤炭和煤黏土中释放出来的氟 ,吃玉米和辣椒的当地居民摄入过量的氟发生氟中毒。• 可见:我国西南地区丰富的 煤炭资源 , 温暖潮湿 的气候条件,与 氟的这两种地球化学性质 相结合导致了氟中毒的流行。艰苦朴素 求真务实☞• 发现过程的曲折!• 1946年,在贵州省威宁石门坎教会医院工作的医生里兹,在国际权威医学杂志 《 柳叶刀 》 上发表文章认为,贵州地区氟中毒的原因是 水中含氟量过高 。 这个分析结果后来被证明是错误的。• 弄清楚氟是来自水还是 粮食 花了 30年,认识氟不是来自 新鲜粮食而是来自煤烟污染的粮食 用了 8年,认识氟主要来自 煤泥中的黏土 又用了 20年。• 科学探索的过程是漫长的,要经得起现实的考验!艰苦朴素 求真务实☞• 请大家思考下:根据上述原因,可以采取什么样的办法来防治氟中毒的发生呢?( 1)改良炉灶:替代能源(沼气、电力)( 2)自然条件( 3)经济发展( 4)生活习惯艰苦朴素 求真务实☞• (三 )第二环境问题 —— 人类活动产生的环境污染物质• “随着生产的发展和科学的进步,人类在得到大量的物质享受的同时也给环境和人体健康带来了巨大的危害。当今世界,有毒污染物质正在人类生存的地球上蔓延。从陆地到海洋,从江河到湖泊,从北极到南极,从生物到人体,总之,人类所到之处都可找到它们的踪迹及其影响。一些地方河中无鱼虾,天上无飞鸟,成群鸡鸭牛羊病到和死亡;禾苗枯萎,果树不结实,莫名其妙的疾病接踵而来,死亡的幽灵到处游荡。这不是危言耸听,而是无情的事实。不管你是否承认,有毒污染物质已对全球生态环境和人体健康构成了严重的威胁。”—— 《 寂静的春天 ( 1962年 》艰苦朴素 求真务实☞• 举例:农药污染• ( 1)急性中毒:自杀或者非本意的喝农药• ( 2)慢性危害:有机磷和氨基甲酸酯类农药可抑制胆碱酯酶活性,破坏神经系统的正常功能。美国科学家已研究表明, ( 3)致癌、致畸、致突变。禁止生产和使用 , 如 :有机氯农药 (六六等 )及有机汞农药。艰苦朴素 求真务实☞污染物质对环境的污染包括以下几个方面:• ①人类活动产生的废弃物(包括工业废弃物、生活废弃物、商业废弃物等),由于处理不当,其所含的有毒物质经各种途径进入环境;• ②化学品生产、排放、流通、使用过程中,一些有毒化学品及有毒副产物进入环境;• ③本来不具毒性或毒性不大的物质在进入环境后,经历某种反应生成有毒的 二次污染产物 ;• ④第一环境天然释放的有毒物质,如某些重金属元素等。艰苦朴素 求真务实☞(四 )美国
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本文标题:第一章 环境地球化学绪论
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