环境地球化学论文

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地球化学环境与人类生存密切相关人们的生活环境与地球上地球化学场的分布有着密切的联系。地球表面元素分布的不均匀，一般通过食物、水、空气影响人体。当其含量变化（过高或过低）超出人体生理调节适应的范围时，人体健康即受影响，出现一些与地球化学场有关的疾病。在人体内的生物化学过程中，微量元素起着关键性的作用，目前已知的起关键性作用的元素有：Fe、Mn、F、Zn、Cu、Mo等14种人体必需的元素和Hg、Pb、Cd等有害元素。不同的微量元素在人体内有其各自的生物学作用及有害性。例如，氟是一种能增进骨骼和牙齿强度的元素，若缺乏氟，则龋齿发病率增高，若氟过量，又会引起斑釉齿；钼对生命的存在有关键性的作用，在土壤缺钼时，则食管癌流行，在高钼区，则痛风症多发。各微量元素间又能相互拮抗和协同人体的生物学作用。元素含量指标和病种指标的确定所谓元素含量指标是指人体为维持机体正常生理功能，对必需元素的需要范围和对有害元素的承受范围。在环境中，这些元素的含量不足或过量，都会有碍于健康，引起疾病。为此，需对这些元素确定其最低允许浓度和最高允许浓度，即元素含量指标。表6-1-1给出了某地区水系沉积物中一些元素的含量指标。它的确定是以某地区的地表土壤中元素丰度为健康基准含量，考虑到人体内的平衡作用以及水系沉积物与土壤的差异，将必需元素的基准含量的4倍和1/4倍分别作为过量和缺乏的含量限，对于有害元素，根据其毒性程度分别以基准含量的2倍、4倍、8倍作为对健康有影响的含量限。表6-1-1 水系沉积物中元素含量指标王成，1987。区域地球化学在人体健康问题上的应用，浙江地质科技情报，第3期。表6-1-2是用浙江土壤区域化探普查结果确定的地球化学病种指标。从表中可看出，不同的微量元素及其组合在人体内的生物作用不同，在环境中，其过量或缺乏都会引起地球化学病。这些引起地球化学病的元素及其组合称为地球化学病种指标王成，1987。区域地球化学在人体健康问题上的应用，浙江地质科技情报，第3期。。表6-1-2 地球化学病种指标（据王成，1987）注：＊本病发生在40～60岁绝经期妇女。实例（1）渡口市及其周围环境质量评价渡口市是一座新兴的中型工业城市，市区及其外围基岩广为出露。基岩区域地球化学测量为环境质量综合评价提供了基础资料。根据区内不同类型岩石中元素分布的统计资料（图6-1-1），对渡口地区进行了初步的地球化学区划。依基岩中元素的共生组合和含量差别，该区可大致划分为五个环境地球化学区（图6-1-2）。图6-1-1 渡口地区不同类型岩石中主要微量元素的丰度（据刘英俊等，1987）图6-1-2 渡口地区地球化学分区略图（据刘英俊等，1987）第Ⅰ区位于测区东、南及西北部，是大片闪长岩类分布的地区。该区的地球化学特点是，元素组合比较简单，元素含量变化幅度不大，且多数低于地壳同类岩石的平均丰度。含量较高的元素主要是Cd、G a、Ba，其次是Co、Cr、Pb，其他元素含量均较低。第Ⅱ区位于测区东南部，区内有面积不大的前震旦纪变质岩呈带状分布。地球化学特点是，元素种类少，含量低，除Cd、Ba、Co外，其他元素含量均接近或低于地壳同类岩石的平均丰度。第Ⅲ区位于测区西北部，出露地层为以石灰岩为主的早古生代地层。经光谱半定量分析，微量元素均未能检出。通过定量分析，发现Co、Cd、Pb、As的含量稍高，其他微量元素含量大大地低于地壳同类岩石的平均丰度。第Ⅳ区位于测区中部，有各类火成岩出露，富集了各种铁族元素和稀有、放射性元素。根据不同岩石类型中元素组合的不同，可将本区分为四个亚区，依次是玄武岩亚区（1）、正长岩亚区（2）、辉长岩亚区（3）和花岗岩亚区（4）。第Ⅴ区位于测区西南和东部，出露地层为中生代煤系地层。许多元素含量虽未形成异常，但多数含量偏高。通过对渡口地区不同岩石类型及其所含化学元素的分析对比可知，在测区东南部，岩性及其化学元素组合相对比较简单，沉积岩和前震且纪变质岩分布面积较大，地形高差比测区西北部小，岩石遭受的侵蚀作用也相对较小，三叠纪含煤层虽已开采，但现有资料表明，对环境影响不大，其他矿产资源尚未大规模开采，人为地造成各种化学元素迁移的因素少，环境质量相对较好。在测区西北部、中部和东北部，岩石类型及其化学元素组合比较复杂，各种火成岩广泛出露，影响人体的元素较多，较大的地形高差使岩石受到较甚的剥蚀作用，攀枝花共生矿正在进行大规模开采，选矿、冶炼过程正在大量排放“三废”，自然的和人为的因素使各种化学元素发生迁移，不断地转入生态环境，使环境质量降低。目前急需制订一合理方案，进行综合治理[1]。（2）北京地区高氟区与地质环境的关系地矿部物化探科技情报网，1987。物化探技术在城市工程中应用经验交流会论文集。北京地区的高氟区分布在13个区县80个乡的360多个村，氟斑牙和氟骨症患者达20万人。患氟斑牙，不仅影响牙齿的美观，而且影响咀嚼功能，不利于对食物的消化、吸收。患氟骨症，轻则腰腿、关节痛，重则四肢变形，不能像正常人一样自由伸曲，严重者使劳动力丧失，甚至生活上不能自理。图6-1-3 北京山区水系沉积物中全氟含量异常示意图（据地矿部物化探科技情报网，1987）氟中毒与含氟矿物、岩石的关系在北京地区，发现的含氟矿物主要有萤石、磷灰岩、黑云母、金云母和角闪石等。萤石中氟含量为7%，磷灰石中氟含量为4%，云母、角闪石中氟含量为n×102×10-6～n×104×10-6。北京山区水系沉积物全氟异常图表明，全氟异常（异常下限为800×10-6）与中性岩、基性岩、片麻岩、酸性岩和萤石矿有着密切的关系，异常是由这些岩矿石中含氟矿物相对富集所引起的（图6-1-3）。经试验，昌平上庄一带富含磷灰石的闪长岩、辉长岩附近，全氟异常高达27400×10-6。过80目筛的辉长岩、闪长岩样品，用蒸馏水浸泡三天，其水溶液中氟含量为3mg/L，比正常饮用水中氟含量（5mg/L）还低。因此可认为，由中、基性岩和片麻岩中的磷灰石引起的全氟异常与氟中毒无关。酸性岩与氟中毒有密切关系。酸性岩中全氟含量较高，可高达n×103×10-6，这是因为酸性岩中，磷灰石常与金云母等含氟矿物伴生并含有萤石矿物，往往有萤石脉分布，酸性岩经风化后，所含的氟很容易被水溶出而进入地下水。在地下水与地表水滞流的特定的水文地质环境中，水与含氟矿物接触时间长、接触面积大，地下水中的氟含量超标，这种环境中的裂隙水、孔隙水的含氟量可达1mg/L以上，最高达0mg/L。萤石矿与氟中毒关系更为密切。萤石全氟含量高达7%，萤石风化物的全氟含量也较高，可达7%。在萤石矿附近，由于萤石及其风化物碎屑沿水系运移，在一定范围内引起全氟异常，萤石及其风化物中的氟可被水溶出，造成饮用水中氟含量的增多。高氟区与平原低洼区碱性环境的关系 硅酸盐矿物是土壤的主要组分。硅酸盐矿物在物理化学风化作用下，形成碎屑及次生硅酸盐矿物——粘土矿物，在各种自然力的作用下，不断地向沉降地带运移，形成平原区的巨厚松散堆积物。F－和O－及OH－的同晶取代作用使硅酸盐矿物中普遍含氟，另外，土壤胶体和粘土矿物对氟有吸附作用，使土壤中的氟含量增高，以致各地土壤的全氟含量相近，约200×10-6。当处在碱性环境时，土壤里难溶的氟化物在羟基的作用下，使其中的氟以离子状态活跃在土壤中，土壤胶体和粘土矿物所吸附的氟，在碱性环境中容易被释放，使土壤中氟的活动性增加。此时，土壤里的氟离子随地下水流动而迁移到低洼地带，经强烈的蒸发，不断地在地表富集，形成高氟环境。因此，在碱性环境区，浅层地下水氟含量往往较深层地下水的高，长期饮用浅层高氟水，就会引起严重的氟中毒。另外，在碱性环境的土壤里，活性氟易被植物吸收，例如，大兴小皮营和前甫的黄豆、玉米、小麦等农作物的氟含量超过标准2～3倍。若长期食用高氟食物，会使人体内骨氟含量增加，造成严重的氟骨症。图6-1-4 北京地区饮水中氟含量异常示意图（据地矿部物化探科技情报网，1987）高氟区与地下热矿化水分布的关系　氟与地下热矿化水关系密切。当地下热矿化水在深部循环时，溶滤俘获了一定数量的源于岩浆中的化学成分，使其富含氟、氡、镭、偏硼酸、硫化物及可溶性二氧化硅等。北京地区地下热矿化水的氟含量在5～0mg/L之间。温泉和热水井中流出的热矿化水的扩散，各种用途的深水井不断增多，部分水井未严格封孔，使不同层的地下水连通混染，可造成饮水中的氟含量超标。北京的已知地热区，如延庆胡家营（1号异常）、海淀温泉一带（8号异常）、昌平小汤山一带（9号异常）、昌平太平庄一带（13号异常）、朝阳区北太平庄一带（14号异常）、房山良乡一带（16号异常）和廷庆康庄一带（2号异常）饮水中氟含量均超标准（图6-1-4）。总之，通过对北京地区高氟区与地质环境关系的研究，初步认为北京地区氟中毒区有以下四种类型：①萤石矿中氟溶出引起的氟中毒区；②酸性岩含氟矿物溶出引起的氟中毒区；③平原低洼地区碱性环境下活性氟积聚引起的氟中毒区；④地下热矿化水浸染漫延引起的氟中毒区。