环境地球化学

1绪论一、环境及全球环境问题；二、环境地球化学的一般概念；三、环境地球化学发展史；四、我国环境地球化学研究现状；五、环境地球化学的发展趋势及前景；一、环境及全球环境问题1、环境“环境”一般是指围绕着人群的空间以及可以直接或间接影响人类生活和发展的各种自自然然因因素素的总体。（自然环境、社会环境、地球环境）对于环境科学，环境是指人类生存的环境。地球化学研究的环境是指与人类环境密切相关的4个组成要素：大气圈、水圈、土壤-岩石圈和生物圈。地球环境是一个复杂的系统，它由大气圈、水圈、土壤-岩石圈和生物圈所组成。在各圈层的内部以及圈层之间化化学学元元素素在在不不断断地地演演化化、、迁迁移移和和循循环环，特别是在这些圈层的交界面上，元素之间的相互迁移和转化表现得更为明显。（生物圈层）人类与地球环境是组成该系统中的一对相互统一而又对立的矛盾双方。自然环境决定包括人类在内的一切生物的发生和发展。同时，生物，特别是人类的生存和发展又不断地影响着自然环境。因此，环境地球化学既要重视基本上未受人类活动影响的原生环境，又要重视经过人类活动改造了的次生环境。环境问题又分原生环境（或第一类环境）问题、次生环境（或第二类环境）问题和社会环境（或第三类环境）问题。原生环境（或第一类环境）是指地球自身形成过程及随后的长期地质历史中，在各种地质营力作用下形成的自然环境，其基本的组成要素包括有天然的岩石、大气、土壤、地表水、地下水与植物等。这类环境的物质成分特点和结构特征是天然形成的，因此又称作原生环境或第一环境。原生环境（或第一类环境）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结果；还有疾病的流行或某些地方性病的发生等。次生环境（或第二类环境）即所谓人为成因的环境，是指人类生产活动和社会生活对天然环境所引起的改造，使其原有的成份特点和结构特征发生了剧烈的、甚至质的变化，形成与原来天然环境不完全同步的一种新的环境，即一般所称的污染环境亦即第二环境。次生环境（或第二类环境）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。上述三类环境问题往往是彼此联系、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。2、全球环境问题全球环境问题是对全球产生直接影响的，或具有普遍性的，随后又发展成为对全球造成危害的环境问题，也就是引起全球范围内生态环境退化的问题。这些问题包括：(1)全球变暖；(2)臭氧层破坏；(3)酸雨；(4)淡水资源危机；(5)资源,能源短缺；（6）大气污染；(7)土地荒漠化；(8)物种加速灭绝；(9)垃圾成灾；(10)有毒化学品污染；21）地球变暖科学研究表明，地球之所以能够维持生命，就是因为她提供了维持生命的条件－空气、水和食品。而这些又都与大气有紧密的关系。空气中的氧和二氧化碳是生物呼吸和光合作用的必需品。不仅如此，含量仅为空气的万分之三的二氧化碳及其他微量气体，如甲烷、一氧化二氮、臭氧、氯氟烃等，由于其“温室效应”，使地球保持适当的温度，才使液态水得以存在，并为食品的生产提供了基本原料，从而为生命的存在奠定了物质基础。图0—1大气中二氧化碳浓度的变化全球二氧化碳的浓度已从1958年的314ppm增加到1989年的349ppm，是目前大气中温室气体浓度最高，增温作用最大的气体。冰芯分析表明，19世纪后期大气中二氧化碳浓度仅为260－280ppm。此外，其他温室气体如甲烷、一氧化二氮等，浓度也在明显增加。而且人类活动还向大气中排入了一些新的温室气体，如氯氟烃等大气中原本不存在的气体，尽管它们在大气中的含量很低，但由于其年增长率高，温室效应强(GWP)而倍受人们重视。大气中温室气体的增加，从而有可能引起全球增暖。观测表明，1880年以来北半球地面平均温度升高了约0.3-0.6℃，虽然目前还不能识别这一全球增暖的现象中温室气体的贡献有多大，但大多数科学家认为大气中增加了的“温室气体”对全球平均温度的增加是有促进作用的。由于人口的增加和人类生产活动的规模越来越大，向大气释放的二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、一氧化二氮（N2O）、氯氟碳化合物（CFC）、四氯化碳（CCl4）、一氧化碳（CO）等温室气体不断增加，导致大气的组成发生变化。大气质量受到影响，气候有逐渐变暖的趋势。由于全球气候变暖，使极地冰川融化，海平面每10年将升高6厘米，因而将使一些海岸地区被淹没。全球变暖也可能影响到降雨和大气环流的变化，使气候反常，易造成旱涝灾害，这些都可能导致生态系统发生变化和破坏，全球气候变化将对人类生活产生一系列重大影响。表0—1大气中的主要温室气体32）臭氧层破坏在离地球表面10—50千米的大气平流层中集中了地球上90%的臭氧气体，在离地面25千米处臭氧浓度最大，形成了厚度约为3毫米的臭氧集中层，称为臭氧层。它能吸收太阳的紫外线，以保护地球上的生命免遭过量紫外线的伤害，并将能量贮存在上层大气，起到调节气候的作用。但臭氧层是一个很脆弱的大气层，如果进入一些破坏臭氧的气体，它们就会和臭氧发生化学作用，臭氧层就会遭到破坏。3）酸雨酸雨是指大气降水中酸碱度（PH值）低于5.6的雨、雪或其他形式的降水。这是大气污染的一种表现。4）大气污染在干洁的大气中，痕量气体的组成是微不足道的。在一定范围的大气中，出现了原来没有的微量物质，其数量和持续时间，都有可能对人、动物、植物及物品、材料产生不利影响和危害。当大气中污染物质的浓度达到有害程度，以至破坏生态系统和人类正常生存和发展的条件，对人或物造成危害的现象叫做大气污染。造成大气污染的原因，既有自然因素又有人为因素，尤其是人为因素，如工业废气、燃烧、汽车尾气和核爆炸等。干洁空气是指在自然状态下的大气（由混合气体、水气和杂质组成）除去水气和杂质的空气，其主要成分是氮气，占78.09%；氧气，占20.94%；氩，占0.93%；其它各种含量不到0.1%的微量气体(如氖、氦、二氧化碳、氪)。大气污染的主要因子为悬浮颗粒物和有害气体（一氧化碳、臭氧、二氧化碳、氮氧化物、硫氧化物、铅等）。5）水污染“水污染”的定义：水体因某种物质的介入，而导致其化学、物理、生物或者放射性等方面特征的改变，从而影响水的有效利用，危害人体健康或者破坏生态环境，造成水质恶化的现象称为水污染（1984年颁布的中华人民共和国水污染防治法）。水的污染有两类：一类是自然污染；另一类是人为污染。当前对水体危害较大的是人为污染。水污染可根据污染杂质的不同而主要分为化学性污染、物理性污染和生物性污染三大类。6）土地问题（一）土壤污染土壤污染：是指人类活动所产生的污染物通过各种途径进入土壤，其数量和速度超过了土壤的容纳和净化能力，而使土壤的性质、组成及性状等发生变化，使污染物质的积累过程逐渐占据优势，破坏了土壤的自然生态平衡，并导致土壤的自然功能失调、土壤质量恶化的现象。4由于具有生理毒性的物质或过量的植物营养元素进入土壤而导致土壤性质恶化和植物生理功能失调的现象。土壤处于陆地生态系统中的无机界和生物界的中心，不仅在本系统内进行着能量和物质的循环，而且与水域、大气和生物之间也不断进行物质交换,一旦发生污染,三者之间就会有污染物质的相互传递。作物从土壤中吸收和积累的污染物常通过食物链传递而影响人体健康。土壤污染物有下列4类:①化学污染物：包括无机污染物和有机污染物。如重金属，各种化学农药等；②物理污染物：主要指固体废弃物如尾矿、粉煤灰和工业垃圾等；③生物污染物：指带有各种病菌的城市垃圾和由卫生设施（包括医院）排出的废水、废物以及厩肥等；④放射性污染物：主要存在于核原料开采和大气层核爆炸地区，以锶和铯等在土壤中生存期长的放射性元素为主。（二）土地荒漠化1.定义简单地说土地荒漠化就是指土地退化。1992年联合国环境与发展大会对荒漠化的概念作了这样的定义：“荒漠化是由于气候变化和人类不合理的经济活动等因素，使干旱、半干旱和具有干旱灾害的半湿润地区的土地发生了退化。2.影响全球陆地面积占29.2%，其中沙漠和沙漠化面积又占了其中的25%.每年有600万公顷的土地变成沙漠。经济损失每年423亿美元。全球共有干旱、半干旱土地50亿公顷，其中33亿遭到荒漠化威胁。（三）水土流失水土流失是指在水流作用下，土壤被侵蚀、搬运和沉淀的整个过程。在自然状态下，纯粹由自然因素引起的地表侵蚀过程非常缓慢，常与土壤形成过程处于相对平衡状态。因此坡地还能保持完整。这种侵蚀称为自然侵蚀，也称为地质侵蚀。在人类活动影响下，特别是人类严重地破坏了坡地植被后，由自然因素引起的地表土壤破坏和土地物质的移动，流失过程加速，即发生水土流失。二、环境地球化学的一般概念环境地球化学作为环境科学与地球化学的一门交叉学科，在解决人类社会所面临的环境问题、保持可持续发展中起着越来越重要的作用。1、定义：环境地球化学是研究与人类的生存和发展密切相关的元素在地球外圈层环境中的含量、分布、形态以及迁移和循环规律的科学。同时，它还研究人类生产和消费活动造成对自然环境影响的上述地球化学规律。环境地球化学是研究化学元素和微量物质在人类赖以生存的周围环境中的含量、分布和迁移过程及与人类健康关系的科学(杨忠芳等，1999)；环境地球化学研究的环境，是指与人类生活密切相关的4个地球化学系统，即大气系统、水系统、土壤和生物系统、表层岩石圈系统。2、环境地球化学与其它学科的关系5图0—5环境科学的分支概况图0—6环境地球化学及其次级学科之间的关系6三、环境地球化学主要研究任务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的相互作用。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，综合研究化学元素在地－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。1）环境中化学物质的分布状况与赋存状态；地壳深处或人工合成的化学物质进入地表环境后，经地球内、外营力的共同作用，在地球表面的环境系统中重新分配与重新组合。2）元素的环境地球化学行为研究对人类有益或有害元素以及生命元素的赋存规律、结合形态及其对人类健康的影响；3）化学物在环境中的迁移转化规律及其影响因素；在不同环境条件下，各种化学物质通过稀释、扩散等物理过程，氧化、还原、络合、分解、聚合、沉淀等化学过程及生物作用，在环境中发生移动与形态变化。4）环境中化学物质对人类及动、植物的影响；人为释放入环境中的物质数量的变化可能打破原有的生态平衡，造成严重的污染，致使农作物受害减产，动物中毒乃至死亡。如DDT污染所产生的全球性的生态问题等。5）地球化学演化与生命过程的关系；通过宇宙元素、地壳元素和海洋的化学组成与生命元素间的关系研究目前环境中出现的某些元素过多或不足可能引起的人体健康效应及其防治对策。如甲基汞污染引起的水俣病；镉污染产生的骨痛病，因自然界碘缺乏或人体摄入过量碘产生的甲状腺肿病以及高氟区引起的氟斑牙或氟骨症等，均是较突出的例子。我国环境地球化学主要进展：1.从20世纪70年代以来，我国主要开展了环境地球化学与健康为主题的科学研究;2.特别是从“六五”计划起，一些全国范围内的基础性的包括环境地球化学在内的综合性环境科学研究列入国家攻关项目，例如全国土壤背景值和长江流域水体背景值的调查的有组织地进行；3.对特定区域进行的环境地球化学调查，指导科学施肥与农产品品质的提高；4.多目标地球化学填图;5.土地质量评估；四、我国环境地球化学研究现状80年代，环境保护被确立为我国的一项基本国策，全社会都关注着控制污染和保护生态环境的事业。地球化学的基本原理和研究方法及工作手段被广泛应用于化境的科学调查和研究中，环境地球化学在以下七个方面取得了研究进展。1区域环境分异的研究区域性环境规划是发展区域环境中协调资源开发、发展经济和改善环境的纲领。编制区域环境规划必须在环境目标和环境内容上与区域规划协调，