地球化學(xué)課件

地球化學(xué)課件第一頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五環(huán)境地球化學(xué)第2頁第四節(jié)地球化學(xué)環(huán)境與人類疾病中國幾種地方性疾病分布示意圖

1-克山病；

2-大骨節(jié)病；

3-地方性氟中毒第二頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五環(huán)境地球化學(xué)第3頁第四節(jié)地球化學(xué)環(huán)境與人類疾病1．地方性甲狀腺腫致病原因 碘缺乏或過剩都會導(dǎo)致人體甲狀腺代謝功能障礙，發(fā)生甲狀腺腫。這是一種世界范圍的地方性疾病，它嚴(yán)重危害人類健康，在地方性甲狀腺腫嚴(yán)重流行的地區(qū)，同時流行克汀病，其特征是聾、啞、傻、矬，且終生殘廢。地方性甲狀腺腫的分布 主要分布于北半球的高緯度地帶，包括歐洲、亞洲、美洲的北半部，略呈帶狀。地理特征上，集中分布于世界幾大山脈，如亞洲的喜馬拉雅山區(qū)在尼泊爾境內(nèi)為最重的病區(qū)，患病率高達90％～100％；歐洲的阿爾卑斯山、高加索山、南美的安第斯山，該病廣泛分布，澳大利亞的新西蘭島、新幾內(nèi)亞島，非洲馬達加斯加島是該病較重的流行地。 我國是世界甲狀腺腫流行較嚴(yán)重的國家之一，該病廣泛分布于山區(qū)和內(nèi)陸。第三頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五環(huán)境地球化學(xué)第4頁第四節(jié)地球化學(xué)環(huán)境與人類疾病世界地方性甲狀腺腫分布示意圖第四頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五環(huán)境地球化學(xué)第5頁第四節(jié)地球化學(xué)環(huán)境與人類疾病碘的地球化學(xué)與生物地球化學(xué)作用碘在自然界的特征 碘在自然界一般呈碘化物、碘酸鹽或有機碘化物的形式存在。在不同介質(zhì)及不同條件下，碘的含量和賦存狀態(tài)各不相同：碘在地表環(huán)境中具有很強的遷移能力，易淋溶淋失。我國的地方性甲狀腺腫的分布特征 我國的地方性甲狀腺腫主要分布在山區(qū)。 在內(nèi)陸某些起伏較大的地區(qū)，山上發(fā)育低碘地方性甲狀腺腫，山下易澇地帶則有高碘地方性甲狀腺腫發(fā)生。保持碘的能力較差的沙土地區(qū)也易發(fā)生地方性甲狀腺腫；保持碘能力過強的土壤又會使植物對碘吸收發(fā)生困難，也可造成低碘地方性甲狀腺腫的流行，如黑龍江的樺川縣。干旱、半干旱氣候的油田區(qū)和沿海地區(qū)往往因攝取過量的碘而引起地方性甲狀腺腫。第五頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五環(huán)境地球化學(xué)第6頁第四節(jié)地球化學(xué)環(huán)境與人類疾病人體中的碘 碘是參與甲狀腺素合成的必需微量元素，人體含碘量約為10～25mg，有80％的碘富集于甲狀腺體中。人體主要從飲水和食物中吸收碘，吸收率很高，幾乎可達100％，每人每日需碘量為100～300μg不等。正常需碘量約為200μg，攝入量低于50μg為不足，大于1000μg則會產(chǎn)生毒害。生理功能 無機碘進入機體后主要為甲狀腺體所吸收，通過甲狀腺激素與過氧化酶作用使其氧化，活性得到加強，置換甲狀腺球朊中酪氨酸基中的氫離子，通過一系列的置換形成碘酪氨酸、二碘酪氨酸、三碘酪氨酸和四碘酪氨酸，三碘酪氨酸和四碘酪氨酸就是甲狀腺素（甲狀腺素貯存于濾泡中，它與血清蛋白相結(jié)合，被輸送到各組織中，起著激素作用）。癥狀 缺碘對人的主要表現(xiàn)為：甲狀腺體腫大，生長發(fā)育停滯，體力和智商水平下降，腦電活動降低，細胞代謝異常，皮膚毛發(fā)生長異常，中樞神經(jīng)發(fā)育不全，嚴(yán)重者導(dǎo)致克汀病。第六頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五環(huán)境地球化學(xué)第7頁第四節(jié)地球化學(xué)環(huán)境與人類疾病地球化學(xué)環(huán)境中的碘與地方性甲狀腺腫 一般的規(guī)律是，地方性甲狀腺腫的發(fā)病率山區(qū)高，平原低。土壤、作物和飲水中的碘含量與地方性甲狀腺腫的發(fā)病率呈負(fù)相關(guān)，但幾個因素相對講，惟有飲水中的含碘量與地方性甲狀腺腫的關(guān)系比較一致，并具有可比性。 當(dāng)水碘低于最適濃度的下限(10μg/L)時，飲水中含碘量愈低，地方性甲狀腺腫患病率愈高，二者呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；當(dāng)水碘高于最適濃度的上限濃度時，飲水中的碘含量愈高，地方性甲狀腺腫患病率愈高，兩者呈正相關(guān)關(guān)系。第七頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五環(huán)境地球化學(xué)第8頁第四節(jié)地球化學(xué)環(huán)境與人類疾病 但也有研究表明，有些地區(qū)的水土并不缺碘，可是甲狀腺腫卻嚴(yán)重流行，其的產(chǎn)生的原因是由于環(huán)境中存在著某些干擾因素，這些干擾因素包括：某些元素的干擾飲水中較多的鈣、鎂、錳、氟等元素可以干擾人體對碘的吸收，尤其是鈣干擾作用最強。污染水干擾碘的吸收許多資料表明，在亞洲、非洲、拉丁美洲有許多國家因飲用水嚴(yán)重受到有機(微生物)污染，而引起地方性甲狀腺腫嚴(yán)重流行。食物中的致甲狀腺腫物質(zhì)某些蔬菜，如卷心菜、黃白菜、大豆等含有致甲狀腺腫物質(zhì)，它們能抑制氧化作用的進行，從而阻礙甲狀腺對碘的吸收利用。第八頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五環(huán)境地球化學(xué)第9頁第四節(jié)地球化學(xué)環(huán)境與人類疾病地方性甲狀腺腫的防治

因為在低碘和高碘環(huán)境中都可以發(fā)生地方性甲狀腺腫此病，而且還有許多干擾因素促使該病流行。因此要進行有效地防治，還是一個十分復(fù)雜的問題。為了更有效地防治地方性甲狀腺腫，環(huán)境地球化學(xué)工作者應(yīng)做到：查明天然水中碘的分布規(guī)律，提供適量碘的飲水水源；查明水中Ca、F、Mg、Mn等元素的含量；查明地區(qū)性的食物特征，如蔬菜、食鹽、海產(chǎn)品等對該病的干擾；測定水中有機質(zhì)的含量和細菌指數(shù)、水中的亞硝酸鹽含量。 對于該病的有效防治方法是使用碘鹽、進行改水、限制使用“促甲狀腺腫”物質(zhì)。第九頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五環(huán)境地球化學(xué)第10頁2．氟的生物地球化學(xué)與地方性氟病 地方性氟病是一種世界性地方病，遍及五大洲。我國主要主要流行于貴洲、陜西、甘肅、山西、山東、河北、吉林、黑龍江等省。這種病的主要表現(xiàn)是氟中毒引起的斑釉牙、氟骨癥和氟攝入不足引起的齲齒。世界地方性氟病與齲齒分布示意圖1-地方性氟病；2-齲齒第十頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五環(huán)境地球化學(xué)第11頁(1)地方性氟病的分布 世界范圍內(nèi)，地方性氟中毒的分布表現(xiàn)為地帶性和非地帶性的。 地帶性氟中毒的分布與自然地理緯度有關(guān)，其主要分布于干旱及半干旱帶，年降水量為200～400mm左右，或更少。這種地帶主要位于赤道南北的15o～35o之間，它包括了中國、原蘇聯(lián)、和蒙古境內(nèi)的干旱、半干旱區(qū)。 非地帶性的氟中毒有以下幾種情況：與火山有關(guān)的氟病區(qū)，如冰島、意大利、日本等國；與含氟巖石或含氟礦床有關(guān)的氟病區(qū)，如埃及、突尼斯、阿爾及利亞、摩洛哥等國，與磷酸鹽礦床(Ca5[P04]3F)有關(guān)的氟病區(qū)；與冰晶石(Na3AIF6)礦床有關(guān)的氟病區(qū)；與一些著名溫泉有關(guān)的氟病區(qū)，如我國北京的小湯山溫泉、懷來盆地溫泉區(qū)。第十一頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五環(huán)境地球化學(xué)第12頁中國地方性氟中毒分布圖第十二頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五環(huán)境地球化學(xué)第13頁(2)氟的地球化學(xué)與生物化學(xué)作用人體內(nèi)的氟及氟的來源 氟是一種重要的生命必需微量元素。在人的骨骼、肌肉、血液和臟器中都有它的存在。正常人體的含氟量為1390mg。一個70kg重的成年人，日攝入氟是為3.8mg，其中1.4mg是通過飲水?dāng)z入的。 氟的來源主要有兩種，一是礦物、巖石被風(fēng)化；二是火山噴發(fā)。氟極易為水遷移，在酸性環(huán)境中呈離子狀態(tài)。但水的含氟量與氣候帶密切相關(guān)，在濕潤的淋溶區(qū)，水氟含量很低，為0.02～0.2mg/L；在干燥區(qū)，水氟含量一般為0.8～1.5mg/L，局部地區(qū)大于1.5mg/L；海水氟含量為0.10mg/L，河水氟含量為0.02～7mg/L，潛水0.02～28mg/L，承壓水0.5～1.0mg/L。 天然水中氟的主要來源是含氟礦物、含氟礦脈及礦床。干旱的古地理環(huán)境是高氟地下水形成的主要原因。第十三頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五環(huán)境地球化學(xué)第14頁地方性氟病因及癥狀影響骨骼正常發(fā)育生長 人體在高氟環(huán)境中，長期攝入過量的氟，在機體內(nèi)可形成CaF2。CaF2沉著于骨及軟骨組織中，破壞鈣磷代謝，從而影響骨骼正常發(fā)育生長；影響牙齒健康

CaF2還可導(dǎo)致牙齒鈣化不全，牙釉受損。影響人體內(nèi)分泌功能 過量的氟可抑制許多酶的活性，干擾基因合成，影響甲狀腺、胰腺、腎上腺、性腺等的內(nèi)分泌功能，從而使胃、胰、心臟、大腦、肝臟等臟器和器官受到損傷。另外，對生殖功能也有一定影響。過量的氟對中樞神經(jīng)有毒害作用 過量氟可影響神經(jīng)傳導(dǎo)，破壞條件反射，引起神經(jīng)中毒。 生活在高氟區(qū)的人群，往往有肢體麻木、知覺異常、反應(yīng)遲鈍、嗜睡不醒等癥狀。嚴(yán)重的氟中毒就是氟骨癥。表現(xiàn)為骨質(zhì)被破壞、堆積、骨質(zhì)軟化，骨外膜贅骨增生，韌帶鈣化，骨質(zhì)疏松。隨之而來的是肌肉萎縮、肢體變形。第十四頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五環(huán)境地球化學(xué)第15頁(3)地方性氟病的預(yù)防 地方性氟中毒，除少數(shù)為食物型和燃煤污染型外，絕大多數(shù)屬于飲水型。因此預(yù)防氟中毒主要是采用降低水中氟含量的辦法來實現(xiàn)。 降氟方法大體上可分為化學(xué)法、物理吸附法和電化學(xué)法三大類，其中以化學(xué)法采用較為普遍。 常用的化學(xué)降氟劑有氧化鋁(A1203)、多氯聯(lián)鋁(A12C13)、羥基氯化鋁、活性氧化鋁、硫酸鋁和明礬。這種方法可將水中的氟含量從10mg/L降至1～1.5mg/L，基本符合防病的要求。 物理吸附法常采用的吸附劑有骨粉、骨炭、浮石、磷灰石及活性炭等。小規(guī)模的降氟有時還采用陽離子交換樹脂。 雖然在氣候干旱的氟病區(qū)地表水、潛水含氟量多在2～3mg／L以上，但是承壓水的含氟量往往較低，常為lmg／L左右。所以我國主要是采用打防氟井的辦法。但實踐表明：打防氟井的數(shù)量多、投資大、效益差。另一方面，有些深井水取自湖沼相地層，氟含量雖然下降了，可是大骨節(jié)病和克山病卻加重了。因此，在上述地區(qū)既要打井防氟，又要防止大骨節(jié)病的發(fā)生。 第十五頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五環(huán)境地球化學(xué)第16頁 低氟水的分布也很廣泛，因此齲齒廣泛流行。對于低氟水的改良方法，主要是進行氟化。

數(shù)十年來國內(nèi)外飲水氟化的實踐顯示了良好的防治效果，特別對青少年的齲齒防治取得了良好的效果。但20世紀(jì)60年代以來，由于城市人口癌癥患病率明顯升高，且似乎表現(xiàn)為與飲水氟化城市的死亡率高于為氟化城市，因此，一度時期以來把死因歸咎為飲水氟化。最近的研究表明，癌癥死亡率與飲水氟化無關(guān)。第十六頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五環(huán)境地球化學(xué)第17頁3．砷與砷中毒 人類對砷的利用涉及到醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、牧業(yè)、林業(yè)及其它工業(yè)部門。 在醫(yī)藥方面除了用砷化物治療梅毒、貧血，還經(jīng)常使用一定濃度的亞砷酸鉀(K3AsO3)溶液治療風(fēng)濕癥、白血病、牛皮癬；用砷酸鈉(Na3AsO4)可治療慢性皮膚病、寄生蟲病和貧血。 在農(nóng)業(yè)上，常用砷酸銅、砷酸鋁、砷酸鉛等作為除莠劑，甲砷酸、二甲基丙砷酸鈣、甲基砷酸鈣等有機砷化物也常用作除莠劑，如果園、棉田、苗圃和草地中雜草的去除。 在畜牧業(yè)上，用砷化物作為飼料添加劑促進豬和禽類的發(fā)育生長。 在林業(yè)上，人們常用鉻砷合劑、砷酸鈉、砷酸鋅作為木材的防腐劑，以防止霉菌和昆蟲的侵蝕和破壞。 在制革工業(yè)中常采用較大量的砷化物作為脫毛劑。 總的來講，人類對砷及其化合物的用途在很大程度上是利用了它們的毒理性質(zhì)。第十七頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五環(huán)境地球化學(xué)第18頁1)砷的地球化學(xué) 砷有0、3-、3+、5+價態(tài)，以后兩種價態(tài)常見。砷廣泛分布于大氣、水、土、巖石和生物體中。砷的地殼豐度不高，為1.8μg/g，。 含砷礦物可分為硫化砷、氧化砷和多金屬砷化物三大類。硫化砷礦物經(jīng)氧化后較易溶解，氧化砷礦物較難溶解，而多金屬砷礦物一般情況下難溶解。 三價砷與硫有很強的親和力，因此As3+常常被金屬硫化物所吸附，或與其共沉淀。砷酸鹽可被氫氧化鐵(Fe(OH)2)吸附沉淀，因此在各類沉積鐵礦中常伴有較大量的砷。砷還可以被粘土礦物或其它的含鐵化合物吸附。砷酸鹽與磷酸鹽的化學(xué)性質(zhì)很相近，因此，在磷酸鹽礦物中和富含磷酸鹽礦物的地層中往往也富含較大量的砷。 在氧化的堿性環(huán)境中亞砷酸鹽不穩(wěn)定，而砷酸鹽比較穩(wěn)定，所以As3+較多地被轉(zhuǎn)變?yōu)锳s5+；天然水中的砷主要為As5+，約占總砷量的70％～80％。在酸性還原環(huán)境中，亞砷酸鹽較穩(wěn)定，以As3+為主；此時天然水中的砷以As3+為主，可占總砷量的70％一90％。第十八頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五環(huán)境地球化學(xué)第19頁大氣中的砷

無污染的空氣中的砷含量也有0.01～1.0μg/m3。煤煙是大氣中砷的主要來源。工廠冶煉或施撒農(nóng)藥，可使空氣中的砷含量達到1～nμg/m3。巖石中的砷 巖石中的砷是環(huán)境中砷的主要來源。各類巖石的平均砷含量都很相近，為1.4—2.5μg/g左右，頁巖在所有巖石中的砷含量最高，為13μg/g。土壤中的砷 土壤中砷的平均含量大約為0.1～9.0μg/g。在砷礦區(qū)，或富砷地層周圍的土壤含砷量很高。土壤被砷污染后，其毒性的大小與土壤本身的化學(xué)成分、土壤所處的地球化學(xué)環(huán)境有關(guān)。如果土壤富含較大量的鐵、鋁、鈣等成分，雖然它們可促使砷在土壤中積累，但土壤的粘粒、氧化鐵、氧化鋁易與砷結(jié)合，形成難溶的砷化物。在pH值和Eh值較高的環(huán)境里，土壤中砷的活性較高，易于溶解、遷移，易于為生物所吸收。第十九頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五環(huán)境地球化學(xué)第20頁天然水中的砷

各種天然水砷含量在5～50μg/L之間，最高可達280mg/L。大氣降水各地區(qū)的均值大約為0.016～0.1μg/L。海水的平均含砷量為2～10μg/L。世界河水平均含砷量為2μg/L，范圍為2.5～10μg/L。 地表水、潛水的一般含砷量為0.5～5μg/L，個別可達5—50μg/L。 地下水由于埋深、Eh值、pH值、含水層的巖性不同，含砷量差別很大，一般為1～50μg/L，高者可達100～2000μg/L。 溫泉水及火山溫泉水含砷量亦很高，一般為1.2—8.5mg/L。 天然水中各種形式的砷酸和亞砷酸是比較穩(wěn)定的。在氧化條件下以砷酸鹽為主，還原條件下以亞砷酸鹽為主。 在氧化環(huán)境中As3+更多地轉(zhuǎn)變?yōu)锳s5+，這一轉(zhuǎn)變可大大降低總砷（As3+、As5+的總和）的毒性。 第二十頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五環(huán)境地球化學(xué)第21頁食物中的砷

人體中的砷主要來自于飲水和食物。魚蝦類含砷量最高，為2.17～170μg/g；肉類較高，為0.85～1.3μg/g；谷類最低為0.02～0.10μg/g。 人體每天從食物和飲水中吸取一定量的砷，攝入量為0.5—2.5mg/人·日。正常人體的總砷量約為98mg，血液中含砷為2.5mg，最多的在肺、腎、脾中，頭發(fā)、指甲、皮膚次之。中國人發(fā)砷的含量范圍為0.16～0.97μg/g，一般認(rèn)為發(fā)砷大于3μg/g，即可作為接觸砷的標(biāo)志。第二十一頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五環(huán)境地球化學(xué)第22頁2)砷的生物化學(xué)性質(zhì) 資料表明，As3+的毒性要比As5+大60倍。砷的生物化學(xué)作用及其毒性，在很大程度上是因為As3+與酶蛋白質(zhì)中的巰基(－SH)、蛋白質(zhì)物質(zhì)中的胱氨酸、半胱氨酸等含硫的氨基(－NH2)有很強的親和力，而As5+的親和力則很小。

As3+與Se4+在機體的代謝過程中可以互相拮抗、相互取代，它們使含有大量硫的角質(zhì)素發(fā)生分解或死亡。第二十二頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五環(huán)境地球化學(xué)第23頁 過量的砷對植物也有較大的損害。砷對植物的破壞作用在于它能影響或阻礙植物根部對水分和營養(yǎng)的吸收和輸送；影響植物對氮的吸收，破壞葉綠素的合成；砷還能影響植物對磷的代謝，從而阻礙植物的生長。 砷對人體有許多有益的作用，如久服元素砷可以強身壯體御寒，漁民們用砷作為御寒劑。 適量的砷可促進家禽、家畜的生長發(fā)育，適量的砷有助于血紅蛋白的合成。適量的砷還可刺激豌豆、蘿卜、土豆、小麥等作物生長等。第二十三頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五環(huán)境地球化學(xué)第24頁3)砷中毒及其類型 砷中毒按其發(fā)病過程可分為急性和慢性兩大類。 急性砷中毒多為大量意外接觸砷所引起，它可嚴(yán)重?fù)p害胃腸道、呼吸道、皮膚和神經(jīng)系統(tǒng)，主要表現(xiàn)為疲乏無力、嘔吐、皮膚發(fā)黃、腹痛及神經(jīng)痛，甚至引起昏迷，嚴(yán)重者表現(xiàn)為神經(jīng)異常、呼吸困難、心肌衰竭而死亡。急性砷中毒的致死劑量為70～180mg。 慢性砷中毒表現(xiàn)為肌無力、食欲減退、皮膚角化及某些神經(jīng)癥狀。地方性慢性砷中毒主要反映在皮膚、頭發(fā)、指甲和神經(jīng)系統(tǒng)方面，此外還有全身性的癥狀。慢性砷毒患者的皮膚粗糙，而且異常干燥；頭發(fā)脆而易脫落；掌及跖部皮膚增厚，角化過度；許多部位出現(xiàn)皮疹，少數(shù)可見皮膚潰瘍；軀干部位皮膚色素沉著，亦可見細小的脫色斑點（俗稱“蛤蟆皮”或“花肚皮”），這是診斷砷中毒的一個重要標(biāo)志?；颊叩闹?趾)甲粗糙無光澤、脆薄易損，并出現(xiàn)1～3mm寬的白色橫紋，這是砷中毒的典型特征。神經(jīng)系統(tǒng)表現(xiàn)為多發(fā)性神經(jīng)炎，如肢體感覺遲鈍、麻木、刺痛、壓痛，嚴(yán)重者表現(xiàn)為肌無力、行動困難、運動失調(diào)；四肢遠端麻木、感覺遲鈍，乃至失去知覺。長期攝入大量的砷，可導(dǎo)致皮膚癌。第二十四頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五環(huán)境地球化學(xué)第25頁(1)藥物型砷中毒 用含砷的藥物治療某些疾病如用量不當(dāng)，就會給患者的健康帶來嚴(yán)重的危害。用砷凡納明治療的梅毒患者，在32年后，出現(xiàn)典型的砷性角化癥；用亞砷酸鉀(K3AsO3)溶液治療的白血病、牛皮癬患者，結(jié)果有40.4％出現(xiàn)掌跖角化，其潛伏期平均為14年。 口服砷劑總量達30g就可導(dǎo)致內(nèi)臟部位的癌癥；終生服砷20g，皮膚癌發(fā)病率為6％。前者的潛伏期為24年，后者為18年。第二十五頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五環(huán)境地球化學(xué)第26頁(2)污染和職業(yè)型砷中毒

砷污染中毒多是由于食品污染及水污染所造成。 職業(yè)性砷中毒與工作人員接觸砷的機會有關(guān)。

(3)生物地球化學(xué)型砷中毒

指原生環(huán)境或非人為因素所引起的砷中毒。 第二十六頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五環(huán)境地球化學(xué)第27頁4)飲水砷標(biāo)準(zhǔn)及砷中毒防治措施 大多數(shù)國家均以總砷作為評價水質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)，在氧化條件下一般天然水中As3+：As5+為3:7，若以As3+為0.05mg/L時，總砷則為0.170mg/L。 砷中毒的防治，對于新開發(fā)的水源，投入使用前應(yīng)進行系統(tǒng)的水質(zhì)監(jiān)測；在砷中毒地區(qū)，進行改水，在未找到合格水源之前可對高砷水采用絮凝法、石灰軟化法、活性氧化鋁吸附法降砷，實踐表明含砷0.6mg/L的1升高砷水加入1g明礬，可使砷降至0.03mg/L。第二十七頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五環(huán)境地球化學(xué)第28頁4．硒的地球化學(xué)與疾病(1)硒的地球化學(xué) 硒的地殼豐度較低，為0.05μg/g，但分布很廣。不同巖石種類的含硒量差別較大。含硒量較高的巖石有火山凝灰?guī)r、碳質(zhì)頁巖、富含黃鐵礦的頁巖及灰?guī)r，以及某些含煤地層。土壤中硒的豐度較巖石低，為0.0lμg/g。土壤含硒量差別很大，最低為0．001μg/g，最高可達105μg/g。 一般，在濕潤的偏酸性還原環(huán)境中有利于硒的淋溶和遷移，土壤中硒較缺乏；在干旱的偏堿性氧化環(huán)境中，土壤的硒易于富集，從而導(dǎo)致硒過剩；在熱帶、亞熱帶濕熱的環(huán)境中，一方面淋溶作用強烈，另一方面風(fēng)化殼多為富含鐵、鋁的粘土礦物組成，它們對硒有較強的吸附能力。第二十八頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五環(huán)境地球化學(xué)第29頁 天然水中的硒濃度很低，大約為0.02～0.2ng/g。它主要以硒酸鹽(Na2SeO4)和亞硒酸鹽(Na2SeO3)的形式存在。在硒缺乏區(qū)，地表水、地下水的硒濃度均值為0.5ng/g。干旱區(qū)水硒濃度較高，平均為1.79ng/g。我國國家飲水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)為<10ng/g。 食物的硒量差別極大，在相同生態(tài)環(huán)境中，食物中的硒以魚類最高，肉類次之，谷物較低，水果最低。一般魚類含硒量為5.1～6.2μg/g，肉類為0.2～1.0μg/g，谷類為0.05～0.20μg/g，蔬菜水果類均小于0.1μg/g。第二十九頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五環(huán)境地球化學(xué)第30頁(2)人體中的硒代謝 人體含硒約為13mg，肌肉中有4.55mg，占人體總硒量的35％，血液中含硒量為1.1mg，占8.5％，其余的分布于全身，以臟器、頭發(fā)、指甲的含硒量較高。 人體的發(fā)硒和尿硒含量直接反映出環(huán)境中硒的豐度，發(fā)硒含量是硒在人體和積累程度的標(biāo)志，尿硒濃度可作為人體硒代謝強度的指示。 根據(jù)大量的統(tǒng)計結(jié)果，可將發(fā)硒含量<0.1μg/g劃分為缺硒，0.1～1.Oμg/g適量，1～5μg/g為高硒，5～≥20μg/g為硒中毒。尿硒0.04～0.33μg/g為正常。 每人每天的適宜硒攝入量為0.04～0.23mg，>0.24mg中毒，<0.03mg為攝入不足。第三十頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五環(huán)境地球化學(xué)第31頁(3)硒與地方性疾病1)高硒與地方性疾病 畜類典型的硒中毒是以中樞神經(jīng)系統(tǒng)中毒為主的盲目蹣跚和結(jié)締組織中毒性壞死。 我國湖北恩施、陜西紫陽為硒中毒區(qū)，主要與高硒含煤地層有關(guān)。湖北恩施硒中毒區(qū)在歷史上也有流行，俗稱“脫甲風(fēng)”，主要流行于干旱年份。第三十一頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五環(huán)境地球化學(xué)第32頁

2)低硒與地方性疾病 早在100年前就在新西蘭發(fā)現(xiàn)一種由于低硒造成的動物肌營養(yǎng)不良癥，稱為白肌病。白肌病主要分布于濕潤的針葉林灰化土帶、落葉闊葉林棕壤帶、溫帶森林棕褐土帶和森林草原黑土帶，降雨量600～1000mm。 人類與低硒有關(guān)的疾?。荷婕暗窖h(huán)系統(tǒng)的有：心血管疾病、克山?。簧婕暗较到y(tǒng)的有：胃癌、肝癌和胰腺癌等；造血系統(tǒng)的有：溶血性貧血、白血病；神經(jīng)性系統(tǒng)的有：營養(yǎng)性肌無力、肌萎縮。第三十二頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五環(huán)境地球化學(xué)第33頁 克山病是一種病因未完全查明，慢性病程的地方性心肌病，但研究表明：病區(qū)土壤中硒的含量普遍低于其它地區(qū)，從而導(dǎo)致人體缺硒生病。在采取病區(qū)居民服用亞硒酸鈉的補硒措施后，幾十萬病人的治療，證明可減少克山病的發(fā)病率，并能降低病死率。 該病主要分布于農(nóng)村和偏僻山區(qū)，青年婦女和兒童為主要受害者，主要表現(xiàn)為心肌細胞壞死。在我國分布較廣。第三十三頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五環(huán)境地球化學(xué)第34頁全國克山病分布示意圖第三十四頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五環(huán)境地球化學(xué)第35頁中國硒營養(yǎng)背景值示意圖第三十五頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五環(huán)境地球化學(xué)第36頁三大類病因?qū)W說：營養(yǎng)說；中毒說；生物地球化學(xué)說。三種硒分布類型：東北型：克山病與大骨節(jié)病基本上平行分布。西北型：大骨節(jié)病較嚴(yán)重。西南型：只有克山病，沒有大骨節(jié)病。 總的來看，特定的有機環(huán)境及有機污染飲水與克山病密切相關(guān)，這也是一個Mg、Se、Mo等元素缺乏的地球化學(xué)環(huán)境。第三十六頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五環(huán)境地球化學(xué)第37頁我國主要黃土區(qū)克山病、大骨節(jié)病、地方性氟中毒病分布示意圖第三十七頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五環(huán)境地球化學(xué)第38頁5．區(qū)域環(huán)境與伽師病 伽師病主要分布于新疆喀什平原的伽師縣、岳普湖縣一帶，主要癥狀是長期患慢性腹瀉，血鉀普遍較低、女性不孕、男性不育、肝腫大。 伽師病嚴(yán)重流行的地區(qū)是在伽師縣和岳普湖縣的東南部，與沙漠接壤，屬于荒漠鹽土區(qū)，主要分布于克孜河下游沖積平原區(qū)。第三十八頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五環(huán)境地球化學(xué)第39頁新疆喀什平原不孕癥分布圖第三十九頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五環(huán)境地球化學(xué)第40頁新疆喀什平原低血鉀癥分布圖第四十頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五環(huán)境地球化學(xué)第41頁(1)伽師病的地球化學(xué)環(huán)境 克孜河下游沖積平原為廣闊的荒漠鹽土區(qū)，該區(qū)氣候十分干旱，年降水量為56.1mm，蒸發(fā)量為2241.2mm，為降水量的40倍。由于地表水、潛水很少，其分布受季節(jié)性影響很大，所以鹽分在表土層中大量聚集，尤其在封閉的洼地，往往可以見到沉積的鹽層。 克孜河發(fā)源于西天山俄羅斯境內(nèi)的特普齊亞峰，在上游流經(jīng)了西天山大面積的第三系富含石膏的紅色巖層，即紅色泥巖夾粉砂巖層。因此，河水溶濾了大量的硫酸鹽和氯化物，使河水中含有較多的S042-、C1-、Na+、Ca2+、Mg2+、Sr2+，在上游地段就形成了礦化度較高的(0.63g/L)S－Ca型水。因此，克孜河是一條典型硫酸鹽水河，由于河水大量滲漏和強烈蒸發(fā)，導(dǎo)致下游水量減少，水中鹽分增加，形成礦化度較高的硫酸鹽－氯化物水，在水中除了聚集有大量的氯化物外，還聚集了大量的鈉、鈣、鎂的硫酸鹽。該區(qū)的環(huán)境介質(zhì)偏堿性，氧化還原電位較高，錳、鋅的化學(xué)活動性及生物學(xué)活性均較低。因此，在水土和谷物中，錳、鋅的含量偏低。第四十一頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五環(huán)境地球化學(xué)第42頁 伽師病的患病率隨著水土中的鹽化程度增加而增加，嚴(yán)重流行的環(huán)境也是水土中鹽分，尤其是硫酸鹽高度聚集的環(huán)境。伽師病區(qū)的的地表水、潛水水質(zhì)一般較差，氯化物、硫酸鹽大大超過飲水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。 在克孜河下游地區(qū)，居民主要飲用河、渠水，或由河、渠水引入澇壩(即池塘)的澇壩水。在下游由于河渠水已高度鹽化，礦化度可達1.5～4.5g/L，S042-可達610～1710mg/L，水質(zhì)十分苦咸。第四十二頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五環(huán)境地球化學(xué)第43頁(2)伽師病的病因分析 伽師病的發(fā)生與特定的地球化學(xué)環(huán)境有密切的關(guān)系。 在病區(qū)水土中富集了大量的鈉、鈣、鎂硫酸鹽，鉀、鍶等元素也很豐富，而錳、鋅明顯不足。病區(qū)的環(huán)境介質(zhì)偏堿性，氧化還原電位較高，錳、鋅的化學(xué)活性及生物活性均較低。所以病區(qū)谷物中的錳、鋅含量亦較低。 鉀是一種具有多種重要生物學(xué)功能的元素，是組成細胞的主要陽離子，它對維持細胞的正常結(jié)構(gòu)和功能具有重要作用。病區(qū)環(huán)境是一個富鉀的環(huán)境，水土和作物中鉀的含量都十分豐富，但地方性的慢性腹瀉，導(dǎo)致體內(nèi)的鉀大量流失；攝入大量的鈉進入腎曲管后與鉀進行交換，從而引起鉀的流失；機體內(nèi)鈉、鉀之間的拮抗作用，使鉀從尿中排出；高鎂可引起鉀的代謝障礙；鉀還可以隨汗水排出體內(nèi)。慢性低鉀會影響蛋白質(zhì)的合成，進而導(dǎo)致蛋白質(zhì)營養(yǎng)不良癥。 鎂對機體最大的影響是形成硫酸鎂后的導(dǎo)瀉作用，使肝臟的解毒功能下降，導(dǎo)致機體對某些毒物耐量的降低；大量的鎂促使電解質(zhì)代謝紊亂，同時對鉀也有拮抗作用；高鎂還可干擾機體對錳、鋅等微量元素的吸收。第四十三頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五環(huán)境地球化學(xué)第44頁 錳是一種十分重要的生命必需的微量元素，兒童缺錳，生長發(fā)育受到抑制，成年人缺錳影響生育。 病區(qū)環(huán)境本來就缺鋅，由于鈣的濃度很高影響機體對鋅的吸收，再加上長期腹瀉，鋅隨糞便大量排出，就更促使鋅的缺乏。 伽師病病區(qū)具高硫酸鹽、高鎂、高鈉、高鈣和低鋅、低錳等特征，主要是通過飲水而作用于人群和畜類的。長期飲用高硫酸鹽水的人群幾乎都有稀便、腹鳴、腹脹的癥狀。其帶來一些不良的后果是，使體內(nèi)的鉀大量流失，以致來不及補充而處于低鉀狀態(tài)，影響機體對營養(yǎng)物質(zhì)的消化、吸收，導(dǎo)致營養(yǎng)缺乏癥；體液大量流失，使血溶量減低而導(dǎo)致低血壓，使腸道內(nèi)的錳、鋅等微量元素流失，促使體內(nèi)的元素缺乏，可引起電解質(zhì)及酶代謝的紊亂，使機體的代謝平衡受到破壞。因此，高硫酸鹽既是伽師病發(fā)病的誘導(dǎo)因素，又是發(fā)病的基礎(chǔ)條件。 總之，伽師病是因為多種元素過剩及少數(shù)元素不足所引起的一種地方性綜合癥。第四十四頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五環(huán)境地球化學(xué)第45頁6．區(qū)域環(huán)境與癌癥 目前的研究表明，約有80％的癌癥是由環(huán)境因素引起的，其分布具明顯的地區(qū)性和地帶性，有集中高發(fā)的現(xiàn)象，其中消化系統(tǒng)癌癥的地區(qū)性分布最為明顯。 所謂地區(qū)性，指癌癥死亡率的分布有明顯的地區(qū)性差異，或集中高發(fā)的現(xiàn)象；地帶性則指，癌癥死亡率的分布不僅有明顯的地區(qū)性特點，而且隨著地理緯度的變化而變化。第四十五頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五環(huán)境地球化學(xué)第46頁(1)癌癥的分布特征 癌癥在世界各地均有分布，但它有明顯集中高發(fā)的現(xiàn)象。 對世界各地食管癌死亡率研究后，可按其頻率劃分為四級；高發(fā)區(qū)，死亡率高于100／10萬；相對高發(fā)區(qū)，死亡率為70～100／10萬；中發(fā)區(qū)，死亡率為40～70／10萬；低發(fā)區(qū)的死亡率低于40／10萬。第四十六頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五環(huán)境地球化學(xué)第47頁中國男性食管癌高發(fā)地帶分布示意圖第四十七頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五環(huán)境地球化學(xué)第48頁 肝癌的分布地方性也十分明顯，按發(fā)生頻率也可分為四級：高發(fā)區(qū)死亡率大于30／10萬；相對高發(fā)區(qū)，死亡率為19～30／10萬；中發(fā)區(qū)的死亡率為10～19／10萬；低發(fā)區(qū)的死亡率小于10／10萬。

第四十八頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五環(huán)境地球化學(xué)第49頁中國男性肝癌分布圖第四十九頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五環(huán)境地球化學(xué)第50頁 胃癌主要分布于平原沼澤地帶，或河漫灘沼澤地帶，是一個土壤有機質(zhì)富集，Ca、Mg、Cu等元素缺乏的環(huán)境。我國胃癌的平均死亡率約為15／10萬，其總的分布趨勢是西北黃土高原和東部沿海各省較高。 癌癥分布的另一個重要特征是對比性強，也就是在廣泛的低發(fā)區(qū)內(nèi)出現(xiàn)幾個高發(fā)點，或在高發(fā)區(qū)內(nèi)輕重病點緊相毗連，形成明顯對比。 癌癥分布不僅表現(xiàn)出地方性，其地帶性特征也較明顯。這種關(guān)系明顯地反映在水文地球化學(xué)的地帶性特征上。 胃癌主要分布在中、高緯度地帶，而在低緯度帶和赤道附近，胃癌則較少發(fā)生。胃癌高發(fā)帶的主要自然特征是氣候寒冷濕潤、植被繁茂、土壤多富含腐殖質(zhì)；地表水、潛水豐富，為富含腐殖質(zhì)的重碳酸鹽－硅質(zhì)軟水，礦化度一般為100～200mg/L，甚至小于100mg/L，Ca、Mg、Se、Mo、Cu、Zn等元素缺乏。第五十頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五環(huán)境地球化學(xué)第51頁 肝癌主要流行于低緯度地帶，在高緯度區(qū)很少發(fā)生肝癌。肝癌高發(fā)區(qū)屬于干旱、半干旱的環(huán)境，水源缺乏；或者是處于濕熱氣候的沿海地帶。其特點是飲水水質(zhì)不良。 食管癌的主高發(fā)區(qū)主要位于東南非和中亞地區(qū)。其環(huán)境特征是，氣候干旱、水源缺乏、土壤鹽漬化程度較高，屬硫酸鹽－重碳酸鹽水或硫酸鹽－氯化物水帶；地表及地下水的礦化度均較高，且偏堿性，水中As、Se、Mo、V、Cr、B、Ni、I、F等元素富集。第五十一頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五環(huán)境地球化學(xué)第52頁(2)地球化學(xué)環(huán)境與癌癥 癌癥的分布往往與某些類型的巖石或土壤有關(guān)。如南非的食管癌高發(fā)區(qū)多為玄武巖層分布區(qū)；我國山西某地的食管癌可能與無煙煤的分布有關(guān)；河南的食管癌主要分布于安山巖和中更新統(tǒng)的洪積層分布區(qū)；廣西南寧的肝癌高發(fā)區(qū)主要為石灰?guī)r分布區(qū)，而在砂、頁巖地區(qū)肝癌發(fā)病率顯著降低。 除了巖石和土壤成分與癌癥有著較密切的關(guān)系外，地貌可影響水文條件和水的化學(xué)成分。 大量的調(diào)查資料表明：肝癌、食管癌高發(fā)區(qū)，飲池塘水、溝渠水的居民多，而飲深井水的居民發(fā)病率明顯較低。從水質(zhì)上看，池塘水、溝渠水的有機污染嚴(yán)重，其直觀指標(biāo)是；渾濁、著色(黃、綠、灰等色)、異味、異嗅、微生物繁盛；水缸底有膠體絮狀沉淀物。其化學(xué)標(biāo)志是NO3-、NO2-、NH4+、腐殖酸(－OH)含量高，COD高，Se、Mo、Mg、Ca含量低。第五十二頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五環(huán)境地球化學(xué)第53頁 我國消化系統(tǒng)癌癥高發(fā)區(qū)的環(huán)境可劃分為山區(qū)型、巖溶山區(qū)型、水網(wǎng)平原、三角洲平原型。山區(qū)型：以太行山食管癌區(qū)為代表。氣候較干旱，植被稀少，基巖裸露，地表逕流較貧乏，為嚴(yán)重缺水區(qū)。環(huán)境衛(wèi)生不良，水質(zhì)污染嚴(yán)重，居民多飲用旱井水、池塘水、淺井水。巖溶山區(qū)型：以南寧地區(qū)肝癌高發(fā)區(qū)為代表。氣候濕熱，雨量充沛，巖溶發(fā)育，峰林槽谷地貌構(gòu)成了特殊的水文地質(zhì)條件，地表徑流量少，地下暗河十分發(fā)育，居民飲用質(zhì)量低劣的塘水或塘邊滲井水。第五十三頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五環(huán)境地球化學(xué)第54頁水網(wǎng)平原型：以蘇北地區(qū)食管癌、肝癌高發(fā)區(qū)為代表。為河流下游的水網(wǎng)區(qū)，氣候濕熱，雨量較多，地形低洼，河渠縱橫，潛水水位較高，地表水豐富，水流滯緩，循環(huán)不良。湖塘洼地星羅棋布，湖沼相沉積物發(fā)育，土壤中腐殖質(zhì)較豐富；地表水、潛水硝酸鹽、亞硝酸鹽含量較高，地表水普遍受到污染。三角洲平原型：以長江三角洲、珠江三角洲的癌癥高發(fā)區(qū)為代表。以海陸交互沉積物為主，三角洲地帶沼澤發(fā)育，土壤中腐殖質(zhì)豐富，鹽分含量較高。在湖沼地帶及河渠末梢水流滯緩，尤其在防潮堤內(nèi)長期積水形成池沼地，沼氣逸出，構(gòu)成了封閉的還原環(huán)境。癌癥高發(fā)區(qū)的居民飲用溝渠水和池塘水。第五十四頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五環(huán)境地球化學(xué)第55頁7．地球化學(xué)環(huán)境與大骨節(jié)病

大骨節(jié)?。↘aschin-Beck病

）是一種畸形骨關(guān)節(jié)病，有明顯的地方性，在我國14個省區(qū)均有分布，主要發(fā)生在北方地區(qū)。其病因尚有爭議。第五十五頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五環(huán)境地球化學(xué)第56頁中國大骨節(jié)病分布圖第五十六頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五環(huán)境地球化學(xué)第57頁(1)大骨節(jié)病的流行特點 大骨節(jié)病在流行病學(xué)上的顯著特點表現(xiàn)為地方性、廣泛性、嚴(yán)重性、對比性、穩(wěn)定性及可變性。地方性表現(xiàn)在大骨節(jié)病在一地流行，相鄰的另一地卻不流行，往往僅一山之隔、一水之隔、一溝之隔，其病情就存在著輕重和有無的差別。廣泛性表現(xiàn)為大骨節(jié)病分布十分廣泛，它跨越了寒、溫、熱三大氣候帶，在不同地層區(qū)、地貌區(qū)、各類植被區(qū)、不同土壤帶都有其分布。嚴(yán)重性表現(xiàn)為患者多，病情重。臨床檢出率大于50％，X射線檢出率高于70％的病村為數(shù)不少，嚴(yán)重?fù)p害青少年的身體健康。第五十七頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五環(huán)境地球化學(xué)第58頁對比性表現(xiàn)為兩村相鄰，一重一輕，或一有一無，對比非常明顯；或者在病區(qū)內(nèi)出現(xiàn)“健康島”，或在健康區(qū)中出現(xiàn)“病島”，形成鮮明對比。穩(wěn)定性表現(xiàn)為大骨節(jié)病的病情比較穩(wěn)定，沒有時有時無、忽高忽低的現(xiàn)象，在沒有受到特殊因素干擾的情況下，病情的變化是比較緩慢的、漸變的?？勺冃允侵复蠊枪?jié)病在短期內(nèi)，例如1～2年或3～4年，在8～13歲的易感人群中就可出現(xiàn)大骨節(jié)病，或者明顯下降，直至消失。這種變化往往與飲水的變更直接相關(guān)。第五十八頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五環(huán)境地球化學(xué)第59頁大骨節(jié)病有三種流行趨勢：病情重而穩(wěn)定的老病區(qū)，大骨節(jié)病的病區(qū)多處于偏僻山區(qū)，為原始森林或茂密的次生林帶，屬于未開墾的處女地，或初墾的生荒地。病情消退的老病區(qū)，由于人們對森林、土地、水利資源的大量開發(fā)改變了水文地球化學(xué)環(huán)境，病區(qū)的病情顯著下降，許多村鎮(zhèn)已無新發(fā)病例。病情突變的病區(qū)，這包括：①歷史上有此病流行，但是程度很輕，自從飲水水源改變以后，大骨節(jié)病顯著加重，如東北平原病區(qū)，渭北、隴東黃土高原病區(qū)；②歷史中很少有人居住，后來在外來移民的少年兒童中突發(fā)大骨節(jié)病，發(fā)病率可高達80％～90％，如東北松嫩平原、三江平原；③在平原氟病區(qū)，因防病打深井，飲用深井水后，驟發(fā)大骨節(jié)病，如吉林省西部平原的乾安縣、長嶺縣，黑龍江省的安達、大慶、林甸、杜爾伯特等地。第五十九頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五環(huán)境地球化學(xué)第60頁(2)大骨節(jié)病的地球化學(xué)環(huán)境 飲水源與大骨節(jié)病的調(diào)查統(tǒng)計資料表明，居民的發(fā)病率與飲水水源類型密切相關(guān)，飲窖水、溝水的居民發(fā)病率最高，飲井水、泉水的居民發(fā)病率最低，或不發(fā)病。 大骨節(jié)病與飲水的有機污染有著密切的關(guān)系。各病區(qū)200個水樣的腐殖酸測定表明，嚴(yán)重、較嚴(yán)重污染的飲水腐殖酸含量平均為0.34mg/L，范圍為0.14～3.19mg/L；輕度或無污染的飲水腐殖酸平均含量為0.05mg/L，范圍為0.02～0.16mg/L。同時病區(qū)飲水中的Se含量也顯著低于非病區(qū)，全國病區(qū)平均為0.17±0.17μg/L，而非病區(qū)平均為0.97±0.55μg/L。第六十頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五環(huán)境地球化學(xué)