地球化学课件

地球化学课件第1页，共68页，2023年，2月20日，星期四环境地球化学第2页第四节地球化学环境与人类疾病中国几种地方性疾病分布示意图

1-克山病；

2-大骨节病；

3-地方性氟中毒第2页，共68页，2023年，2月20日，星期四环境地球化学第3页第四节地球化学环境与人类疾病1．地方性甲状腺肿致病原因 碘缺乏或过剩都会导致人体甲状腺代谢功能障碍，发生甲状腺肿。这是一种世界范围的地方性疾病，它严重危害人类健康，在地方性甲状腺肿严重流行的地区，同时流行克汀病，其特征是聋、哑、傻、矬，且终生残废。地方性甲状腺肿的分布 主要分布于北半球的高纬度地带，包括欧洲、亚洲、美洲的北半部，略呈带状。地理特征上，集中分布于世界几大山脉，如亚洲的喜马拉雅山区在尼泊尔境内为最重的病区，患病率高达90％～100％；欧洲的阿尔卑斯山、高加索山、南美的安第斯山，该病广泛分布，澳大利亚的新西兰岛、新几内亚岛，非洲马达加斯加岛是该病较重的流行地。 我国是世界甲状腺肿流行较严重的国家之一，该病广泛分布于山区和内陆。第3页，共68页，2023年，2月20日，星期四环境地球化学第4页第四节地球化学环境与人类疾病世界地方性甲状腺肿分布示意图第4页，共68页，2023年，2月20日，星期四环境地球化学第5页第四节地球化学环境与人类疾病碘的地球化学与生物地球化学作用碘在自然界的特征 碘在自然界一般呈碘化物、碘酸盐或有机碘化物的形式存在。在不同介质及不同条件下，碘的含量和赋存状态各不相同：碘在地表环境中具有很强的迁移能力，易淋溶淋失。我国的地方性甲状腺肿的分布特征 我国的地方性甲状腺肿主要分布在山区。 在内陆某些起伏较大的地区，山上发育低碘地方性甲状腺肿，山下易涝地带则有高碘地方性甲状腺肿发生。保持碘的能力较差的沙土地区也易发生地方性甲状腺肿；保持碘能力过强的土壤又会使植物对碘吸收发生困难，也可造成低碘地方性甲状腺肿的流行，如黑龙江的桦川县。干旱、半干旱气候的油田区和沿海地区往往因摄取过量的碘而引起地方性甲状腺肿。第5页，共68页，2023年，2月20日，星期四环境地球化学第6页第四节地球化学环境与人类疾病人体中的碘 碘是参与甲状腺素合成的必需微量元素，人体含碘量约为10～25mg，有80％的碘富集于甲状腺体中。人体主要从饮水和食物中吸收碘，吸收率很高，几乎可达100％，每人每日需碘量为100～300μg不等。正常需碘量约为200μg，摄入量低于50μg为不足，大于1000μg则会产生毒害。生理功能 无机碘进入机体后主要为甲状腺体所吸收，通过甲状腺激素与过氧化酶作用使其氧化，活性得到加强，置换甲状腺球朊中酪氨酸基中的氢离子，通过一系列的置换形成碘酪氨酸、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状腺素（甲状腺素贮存于滤泡中，它与血清蛋白相结合，被输送到各组织中，起着激素作用）。症状 缺碘对人的主要表现为：甲状腺体肿大，生长发育停滞，体力和智商水平下降，脑电活动降低，细胞代谢异常，皮肤毛发生长异常，中枢神经发育不全，严重者导致克汀病。第6页，共68页，2023年，2月20日，星期四环境地球化学第7页第四节地球化学环境与人类疾病地球化学环境中的碘与地方性甲状腺肿 一般的规律是，地方性甲状腺肿的发病率山区高，平原低。土壤、作物和饮水中的碘含量与地方性甲状腺肿的发病率呈负相关，但几个因素相对讲，惟有饮水中的含碘量与地方性甲状腺肿的关系比较一致，并具有可比性。 当水碘低于最适浓度的下限(10μg/L)时，饮水中含碘量愈低，地方性甲状腺肿患病率愈高，二者呈负相关关系；当水碘高于最适浓度的上限浓度时，饮水中的碘含量愈高，地方性甲状腺肿患病率愈高，两者呈正相关关系。第7页，共68页，2023年，2月20日，星期四环境地球化学第8页第四节地球化学环境与人类疾病 但也有研究表明，有些地区的水土并不缺碘，可是甲状腺肿却严重流行，其的产生的原因是由于环境中存在着某些干扰因素，这些干扰因素包括：某些元素的干扰饮水中较多的钙、镁、锰、氟等元素可以干扰人体对碘的吸收，尤其是钙干扰作用最强。污染水干扰碘的吸收许多资料表明，在亚洲、非洲、拉丁美洲有许多国家因饮用水严重受到有机(微生物)污染，而引起地方性甲状腺肿严重流行。食物中的致甲状腺肿物质某些蔬菜，如卷心菜、黄白菜、大豆等含有致甲状腺肿物质，它们能抑制氧化作用的进行，从而阻碍甲状腺对碘的吸收利用。第8页，共68页，2023年，2月20日，星期四环境地球化学第9页第四节地球化学环境与人类疾病地方性甲状腺肿的防治

因为在低碘和高碘环境中都可以发生地方性甲状腺肿此病，而且还有许多干扰因素促使该病流行。因此要进行有效地防治，还是一个十分复杂的问题。为了更有效地防治地方性甲状腺肿，环境地球化学工作者应做到：查明天然水中碘的分布规律，提供适量碘的饮水水源；查明水中Ca、F、Mg、Mn等元素的含量；查明地区性的食物特征，如蔬菜、食盐、海产品等对该病的干扰；测定水中有机质的含量和细菌指数、水中的亚硝酸盐含量。 对于该病的有效防治方法是使用碘盐、进行改水、限制使用“促甲状腺肿”物质。第9页，共68页，2023年，2月20日，星期四环境地球化学第10页2．氟的生物地球化学与地方性氟病 地方性氟病是一种世界性地方病，遍及五大洲。我国主要主要流行于贵洲、陕西、甘肃、山西、山东、河北、吉林、黑龙江等省。这种病的主要表现是氟中毒引起的斑釉牙、氟骨症和氟摄入不足引起的龋齿。世界地方性氟病与龋齿分布示意图1-地方性氟病；2-龋齿第10页，共68页，2023年，2月20日，星期四环境地球化学第11页(1)地方性氟病的分布 世界范围内，地方性氟中毒的分布表现为地带性和非地带性的。 地带性氟中毒的分布与自然地理纬度有关，其主要分布于干旱及半干旱带，年降水量为200～400mm左右，或更少。这种地带主要位于赤道南北的15o～35o之间，它包括了中国、原苏联、和蒙古境内的干旱、半干旱区。 非地带性的氟中毒有以下几种情况：与火山有关的氟病区，如冰岛、意大利、日本等国；与含氟岩石或含氟矿床有关的氟病区，如埃及、突尼斯、阿尔及利亚、摩洛哥等国，与磷酸盐矿床(Ca5[P04]3F)有关的氟病区；与冰晶石(Na3AIF6)矿床有关的氟病区；与一些著名温泉有关的氟病区，如我国北京的小汤山温泉、怀来盆地温泉区。第11页，共68页，2023年，2月20日，星期四环境地球化学第12页中国地方性氟中毒分布图第12页，共68页，2023年，2月20日，星期四环境地球化学第13页(2)氟的地球化学与生物化学作用人体内的氟及氟的来源 氟是一种重要的生命必需微量元素。在人的骨骼、肌肉、血液和脏器中都有它的存在。正常人体的含氟量为1390mg。一个70kg重的成年人，日摄入氟是为3.8mg，其中1.4mg是通过饮水摄入的。 氟的来源主要有两种，一是矿物、岩石被风化；二是火山喷发。氟极易为水迁移，在酸性环境中呈离子状态。但水的含氟量与气候带密切相关，在湿润的淋溶区，水氟含量很低，为0.02～0.2mg/L；在干燥区，水氟含量一般为0.8～1.5mg/L，局部地区大于1.5mg/L；海水氟含量为0.10mg/L，河水氟含量为0.02～7mg/L，潜水0.02～28mg/L，承压水0.5～1.0mg/L。 天然水中氟的主要来源是含氟矿物、含氟矿脉及矿床。干旱的古地理环境是高氟地下水形成的主要原因。第13页，共68页，2023年，2月20日，星期四环境地球化学第14页地方性氟病因及症状影响骨骼正常发育生长 人体在高氟环境中，长期摄入过量的氟，在机体内可形成CaF2。CaF2沉着于骨及软骨组织中，破坏钙磷代谢，从而影响骨骼正常发育生长；影响牙齿健康

CaF2还可导致牙齿钙化不全，牙釉受损。影响人体内分泌功能 过量的氟可抑制许多酶的活性，干扰基因合成，影响甲状腺、胰腺、肾上腺、性腺等的内分泌功能，从而使胃、胰、心脏、大脑、肝脏等脏器和器官受到损伤。另外，对生殖功能也有一定影响。过量的氟对中枢神经有毒害作用 过量氟可影响神经传导，破坏条件反射，引起神经中毒。 生活在高氟区的人群，往往有肢体麻木、知觉异常、反应迟钝、嗜睡不醒等症状。严重的氟中毒就是氟骨症。表现为骨质被破坏、堆积、骨质软化，骨外膜赘骨增生，韧带钙化，骨质疏松。随之而来的是肌肉萎缩、肢体变形。第14页，共68页，2023年，2月20日，星期四环境地球化学第15页(3)地方性氟病的预防 地方性氟中毒，除少数为食物型和燃煤污染型外，绝大多数属于饮水型。因此预防氟中毒主要是采用降低水中氟含量的办法来实现。 降氟方法大体上可分为化学法、物理吸附法和电化学法三大类，其中以化学法采用较为普遍。 常用的化学降氟剂有氧化铝(A1203)、多氯联铝(A12C13)、羟基氯化铝、活性氧化铝、硫酸铝和明矾。这种方法可将水中的氟含量从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剂有骨粉、骨炭、浮石、磷灰石及活性炭等。小规模的降氟有时还采用阳离子交换树脂。 虽然在气候干旱的氟病区地表水、潜水含氟量多在2～3mg／L以上，但是承压水的含氟量往往较低，常为lmg／L左右。所以我国主要是采用打防氟井的办法。但实践表明：打防氟井的数量多、投资大、效益差。另一方面，有些深井水取自湖沼相地层，氟含量虽然下降了，可是大骨节病和克山病却加重了。因此，在上述地区既要打井防氟，又要防止大骨节病的发生。 第15页，共68页，2023年，2月20日，星期四环境地球化学第16页 低氟水的分布也很广泛，因此龋齿广泛流行。对于低氟水的改良方法，主要是进行氟化。

数十年来国内外饮水氟化的实践显示了良好的防治效果，特别对青少年的龋齿防治取得了良好的效果。但20世纪60年代以来，由于城市人口癌症患病率明显升高，且似乎表现为与饮水氟化城市的死亡率高于为氟化城市，因此，一度时期以来把死因归咎为饮水氟化。最近的研究表明，癌症死亡率与饮水氟化无关。第16页，共68页，2023年，2月20日，星期四环境地球化学第17页3．砷与砷中毒 人类对砷的利用涉及到医药、农业、牧业、林业及其它工业部门。 在医药方面除了用砷化物治疗梅毒、贫血，还经常使用一定浓度的亚砷酸钾(K3AsO3)溶液治疗风湿症、白血病、牛皮癣；用砷酸钠(Na3AsO4)可治疗慢性皮肤病、寄生虫病和贫血。 在农业上，常用砷酸铜、砷酸铝、砷酸铅等作为除莠剂，甲砷酸、二甲基丙砷酸钙、甲基砷酸钙等有机砷化物也常用作除莠剂，如果园、棉田、苗圃和草地中杂草的去除。 在畜牧业上，用砷化物作为饲料添加剂促进猪和禽类的发育生长。 在林业上，人们常用铬砷合剂、砷酸钠、砷酸锌作为木材的防腐剂，以防止霉菌和昆虫的侵蚀和破坏。 在制革工业中常采用较大量的砷化物作为脱毛剂。 总的来讲，人类对砷及其化合物的用途在很大程度上是利用了它们的毒理性质。第17页，共68页，2023年，2月20日，星期四环境地球化学第18页1)砷的地球化学 砷有0、3-、3+、5+价态，以后两种价态常见。砷广泛分布于大气、水、土、岩石和生物体中。砷的地壳丰度不高，为1.8μg/g，。 含砷矿物可分为硫化砷、氧化砷和多金属砷化物三大类。硫化砷矿物经氧化后较易溶解，氧化砷矿物较难溶解，而多金属砷矿物一般情况下难溶解。 三价砷与硫有很强的亲和力，因此As3+常常被金属硫化物所吸附，或与其共沉淀。砷酸盐可被氢氧化铁(Fe(OH)2)吸附沉淀，因此在各类沉积铁矿中常伴有较大量的砷。砷还可以被粘土矿物或其它的含铁化合物吸附。砷酸盐与磷酸盐的化学性质很相近，因此，在磷酸盐矿物中和富含磷酸盐矿物的地层中往往也富含较大量的砷。 在氧化的碱性环境中亚砷酸盐不稳定，而砷酸盐比较稳定，所以As3+较多地被转变为As5+；天然水中的砷主要为As5+，约占总砷量的70％～80％。在酸性还原环境中，亚砷酸盐较稳定，以As3+为主；此时天然水中的砷以As3+为主，可占总砷量的70％一90％。第18页，共68页，2023年，2月20日，星期四环境地球化学第19页大气中的砷

无污染的空气中的砷含量也有0.01～1.0μg/m3。煤烟是大气中砷的主要来源。工厂冶炼或施撒农药，可使空气中的砷含量达到1～nμg/m3。岩石中的砷 岩石中的砷是环境中砷的主要来源。各类岩石的平均砷含量都很相近，为1.4—2.5μg/g左右，页岩在所有岩石中的砷含量最高，为13μg/g。土壤中的砷 土壤中砷的平均含量大约为0.1～9.0μg/g。在砷矿区，或富砷地层周围的土壤含砷量很高。土壤被砷污染后，其毒性的大小与土壤本身的化学成分、土壤所处的地球化学环境有关。如果土壤富含较大量的铁、铝、钙等成分，虽然它们可促使砷在土壤中积累，但土壤的粘粒、氧化铁、氧化铝易与砷结合，形成难溶的砷化物。在pH值和Eh值较高的环境里，土壤中砷的活性较高，易于溶解、迁移，易于为生物所吸收。第19页，共68页，2023年，2月20日，星期四环境地球化学第20页天然水中的砷

各种天然水砷含量在5～50μg/L之间，最高可达280mg/L。大气降水各地区的均值大约为0.016～0.1μg/L。海水的平均含砷量为2～10μg/L。世界河水平均含砷量为2μg/L，范围为2.5～10μg/L。 地表水、潜水的一般含砷量为0.5～5μg/L，个别可达5—50μg/L。 地下水由于埋深、Eh值、pH值、含水层的岩性不同，含砷量差别很大，一般为1～50μg/L，高者可达100～2000μg/L。 温泉水及火山温泉水含砷量亦很高，一般为1.2—8.5mg/L。 天然水中各种形式的砷酸和亚砷酸是比较稳定的。在氧化条件下以砷酸盐为主，还原条件下以亚砷酸盐为主。 在氧化环境中As3+更多地转变为As5+，这一转变可大大降低总砷（As3+、As5+的总和）的毒性。 第20页，共68页，2023年，2月20日，星期四环境地球化学第21页食物中的砷

人体中的砷主要来自于饮水和食物。鱼虾类含砷量最高，为2.17～170μg/g；肉类较高，为0.85～1.3μg/g；谷类最低为0.02～0.10μg/g。 人体每天从食物和饮水中吸取一定量的砷，摄入量为0.5—2.5mg/人·日。正常人体的总砷量约为98mg，血液中含砷为2.5mg，最多的在肺、肾、脾中，头发、指甲、皮肤次之。中国人发砷的含量范围为0.16～0.97μg/g，一般认为发砷大于3μg/g，即可作为接触砷的标志。第21页，共68页，2023年，2月20日，星期四环境地球化学第22页2)砷的生物化学性质 资料表明，As3+的毒性要比As5+大60倍。砷的生物化学作用及其毒性，在很大程度上是因为As3+与酶蛋白质中的巯基(－SH)、蛋白质物质中的胱氨酸、半胱氨酸等含硫的氨基(－NH2)有很强的亲和力，而As5+的亲和力则很小。

As3+与Se4+在机体的代谢过程中可以互相拮抗、相互取代，它们使含有大量硫的角质素发生分解或死亡。第22页，共68页，2023年，2月20日，星期四环境地球化学第23页 过量的砷对植物也有较大的损害。砷对植物的破坏作用在于它能影响或阻碍植物根部对水分和营养的吸收和输送；影响植物对氮的吸收，破坏叶绿素的合成；砷还能影响植物对磷的代谢，从而阻碍植物的生长。 砷对人体有许多有益的作用，如久服元素砷可以强身壮体御寒，渔民们用砷作为御寒剂。 适量的砷可促进家禽、家畜的生长发育，适量的砷有助于血红蛋白的合成。适量的砷还可刺激豌豆、萝卜、土豆、小麦等作物生长等。第23页，共68页，2023年，2月20日，星期四环境地球化学第24页3)砷中毒及其类型 砷中毒按其发病过程可分为急性和慢性两大类。 急性砷中毒多为大量意外接触砷所引起，它可严重损害胃肠道、呼吸道、皮肤和神经系统，主要表现为疲乏无力、呕吐、皮肤发黄、腹痛及神经痛，甚至引起昏迷，严重者表现为神经异常、呼吸困难、心肌衰竭而死亡。急性砷中毒的致死剂量为70～180mg。 慢性砷中毒表现为肌无力、食欲减退、皮肤角化及某些神经症状。地方性慢性砷中毒主要反映在皮肤、头发、指甲和神经系统方面，此外还有全身性的症状。慢性砷毒患者的皮肤粗糙，而且异常干燥；头发脆而易脱落；掌及跖部皮肤增厚，角化过度；许多部位出现皮疹，少数可见皮肤溃疡；躯干部位皮肤色素沉着，亦可见细小的脱色斑点（俗称“蛤蟆皮”或“花肚皮”），这是诊断砷中毒的一个重要标志。患者的指(趾)甲粗糙无光泽、脆薄易损，并出现1～3mm宽的白色横纹，这是砷中毒的典型特征。神经系统表现为多发性神经炎，如肢体感觉迟钝、麻木、刺痛、压痛，严重者表现为肌无力、行动困难、运动失调；四肢远端麻木、感觉迟钝，乃至失去知觉。长期摄入大量的砷，可导致皮肤癌。第24页，共68页，2023年，2月20日，星期四环境地球化学第25页(1)药物型砷中毒 用含砷的药物治疗某些疾病如用量不当，就会给患者的健康带来严重的危害。用砷凡纳明治疗的梅毒患者，在32年后，出现典型的砷性角化症；用亚砷酸钾(K3AsO3)溶液治疗的白血病、牛皮癣患者，结果有40.4％出现掌跖角化，其潜伏期平均为14年。 口服砷剂总量达30g就可导致内脏部位的癌症；终生服砷20g，皮肤癌发病率为6％。前者的潜伏期为24年，后者为18年。第25页，共68页，2023年，2月20日，星期四环境地球化学第26页(2)污染和职业型砷中毒

砷污染中毒多是由于食品污染及水污染所造成。 职业性砷中毒与工作人员接触砷的机会有关。

(3)生物地球化学型砷中毒

指原生环境或非人为因素所引起的砷中毒。 第26页，共68页，2023年，2月20日，星期四环境地球化学第27页4)饮水砷标准及砷中毒防治措施 大多数国家均以总砷作为评价水质的标准，在氧化条件下一般天然水中As3+：As5+为3:7，若以As3+为0.05mg/L时，总砷则为0.170mg/L。 砷中毒的防治，对于新开发的水源，投入使用前应进行系统的水质监测；在砷中毒地区，进行改水，在未找到合格水源之前可对高砷水采用絮凝法、石灰软化法、活性氧化铝吸附法降砷，实践表明含砷0.6mg/L的1升高砷水加入1g明矾，可使砷降至0.03mg/L。第27页，共68页，2023年，2月20日，星期四环境地球化学第28页4．硒的地球化学与疾病(1)硒的地球化学 硒的地壳丰度较低，为0.05μg/g，但分布很广。不同岩石种类的含硒量差别较大。含硒量较高的岩石有火山凝灰岩、碳质页岩、富含黄铁矿的页岩及灰岩，以及某些含煤地层。土壤中硒的丰度较岩石低，为0.0lμg/g。土壤含硒量差别很大，最低为0．001μg/g，最高可达105μg/g。 一般，在湿润的偏酸性还原环境中有利于硒的淋溶和迁移，土壤中硒较缺乏；在干旱的偏碱性氧化环境中，土壤的硒易于富集，从而导致硒过剩；在热带、亚热带湿热的环境中，一方面淋溶作用强烈，另一方面风化壳多为富含铁、铝的粘土矿物组成，它们对硒有较强的吸附能力。第28页，共68页，2023年，2月20日，星期四环境地球化学第29页 天然水中的硒浓度很低，大约为0.02～0.2ng/g。它主要以硒酸盐(Na2SeO4)和亚硒酸盐(Na2SeO3)的形式存在。在硒缺乏区，地表水、地下水的硒浓度均值为0.5ng/g。干旱区水硒浓度较高，平均为1.79ng/g。我国国家饮水卫生标准为<10ng/g。 食物的硒量差别极大，在相同生态环境中，食物中的硒以鱼类最高，肉类次之，谷物较低，水果最低。一般鱼类含硒量为5.1～6.2μg/g，肉类为0.2～1.0μg/g，谷类为0.05～0.20μg/g，蔬菜水果类均小于0.1μg/g。第29页，共68页，2023年，2月20日，星期四环境地球化学第30页(2)人体中的硒代谢 人体含硒约为13mg，肌肉中有4.55mg，占人体总硒量的35％，血液中含硒量为1.1mg，占8.5％，其余的分布于全身，以脏器、头发、指甲的含硒量较高。 人体的发硒和尿硒含量直接反映出环境中硒的丰度，发硒含量是硒在人体和积累程度的标志，尿硒浓度可作为人体硒代谢强度的指示。 根据大量的统计结果，可将发硒含量<0.1μg/g划分为缺硒，0.1～1.Oμg/g适量，1～5μg/g为高硒，5～≥20μg/g为硒中毒。尿硒0.04～0.33μg/g为正常。 每人每天的适宜硒摄入量为0.04～0.23mg，>0.24mg中毒，<0.03mg为摄入不足。第30页，共68页，2023年，2月20日，星期四环境地球化学第31页(3)硒与地方性疾病1)高硒与地方性疾病 畜类典型的硒中毒是以中枢神经系统中毒为主的盲目蹒跚和结缔组织中毒性坏死。 我国湖北恩施、陕西紫阳为硒中毒区，主要与高硒含煤地层有关。湖北恩施硒中毒区在历史上也有流行，俗称“脱甲风”，主要流行于干旱年份。第31页，共68页，2023年，2月20日，星期四环境地球化学第32页

2)低硒与地方性疾病 早在100年前就在新西兰发现一种由于低硒造成的动物肌营养不良症，称为白肌病。白肌病主要分布于湿润的针叶林灰化土带、落叶阔叶林棕壤带、温带森林棕褐土带和森林草原黑土带，降雨量600～1000mm。 人类与低硒有关的疾病：涉及到循环系统的有：心血管疾病、克山病；涉及到消化系统的有：胃癌、肝癌和胰腺癌等；造血系统的有：溶血性贫血、白血病；神经性系统的有：营养性肌无力、肌萎缩。第32页，共68页，2023年，2月20日，星期四环境地球化学第33页 克山病是一种病因未完全查明，慢性病程的地方性心肌病，但研究表明：病区土壤中硒的含量普遍低于其它地区，从而导致人体缺硒生病。在采取病区居民服用亚硒酸钠的补硒措施后，几十万病人的治疗，证明可减少克山病的发病率，并能降低病死率。 该病主要分布于农村和偏僻山区，青年妇女和儿童为主要受害者，主要表现为心肌细胞坏死。在我国分布较广。第33页，共68页，2023年，2月20日，星期四环境地球化学第34页全国克山病分布示意图第34页，共68页，2023年，2月20日，星期四环境地球化学第35页中国硒营养背景值示意图第35页，共68页，2023年，2月20日，星期四环境地球化学第36页三大类病因学说：营养说；中毒说；生物地球化学说。三种硒分布类型：东北型：克山病与大骨节病基本上平行分布。西北型：大骨节病较严重。西南型：只有克山病，没有大骨节病。 总的来看，特定的有机环境及有机污染饮水与克山病密切相关，这也是一个Mg、Se、Mo等元素缺乏的地球化学环境。第36页，共68页，2023年，2月20日，星期四环境地球化学第37页我国主要黄土区克山病、大骨节病、地方性氟中毒病分布示意图

第37页，共68页，2023年，2月20日，星期四环境地球化学第38页5．区域环境与伽师病 伽师病主要分布于新疆喀什平原的伽师县、岳普湖县一带，主要症状是长期患慢性腹泻，血钾普遍较低、女性不孕、男性不育、肝肿大。 伽师病严重流行的地区是在伽师县和岳普湖县的东南部，与沙漠接壤，属于荒漠盐土区，主要分布于克孜河下游冲积平原区。第38页，共68页，2023年，2月20日，星期四环境地球化学第39页新疆喀什平原不孕症分布图第39页，共68页，2023年，2月20日，星期四环境地球化学第40页新疆喀什平原低血钾症分布图第40页，共68页，2023年，2月20日，星期四环境地球化学第41页(1)伽师病的地球化学环境 克孜河下游冲积平原为广阔的荒漠盐土区，该区气候十分干旱，年降水量为56.1mm，蒸发量为2241.2mm，为降水量的40倍。由于地表水、潜水很少，其分布受季节性影响很大，所以盐分在表土层中大量聚集，尤其在封闭的洼地，往往可以见到沉积的盐层。 克孜河发源于西天山俄罗斯境内的特普齐亚峰，在上游流经了西天山大面积的第三系富含石膏的红色岩层，即红色泥岩夹粉砂岩层。因此，河水溶滤了大量的硫酸盐和氯化物，使河水中含有较多的S042-、C1-、Na+、Ca2+、Mg2+、Sr2+，在上游地段就形成了矿化度较高的(0.63g/L)S－Ca型水。因此，克孜河是一条典型硫酸盐水河，由于河水大量渗漏和强烈蒸发，导致下游水量减少，水中盐分增加，形成矿化度较高的硫酸盐－氯化物水，在水中除了聚集有大量的氯化物外，还聚集了大量的钠、钙、镁的硫酸盐。该区的环境介质偏碱性，氧化还原电位较高，锰、锌的化学活动性及生物学活性均较低。因此，在水土和谷物中，锰、锌的含量偏低。第41页，共68页，2023年，2月20日，星期四环境地球化学第42页 伽师病的患病率随着水土中的盐化程度增加而增加，严重流行的环境也是水土中盐分，尤其是硫酸盐高度聚集的环境。伽师病区的的地表水、潜水水质一般较差，氯化物、硫酸盐大大超过饮水水质标准。 在克孜河下游地区，居民主要饮用河、渠水，或由河、渠水引入涝坝(即池塘)的涝坝水。在下游由于河渠水已高度盐化，矿化度可达1.5～4.5g/L，S042-可达610～1710mg/L，水质十分苦咸。第42页，共68页，2023年，2月20日，星期四环境地球化学第43页(2)伽师病的病因分析 伽师病的发生与特定的地球化学环境有密切的关系。 在病区水土中富集了大量的钠、钙、镁硫酸盐，钾、锶等元素也很丰富，而锰、锌明显不足。病区的环境介质偏碱性，氧化还原电位较高，锰、锌的化学活性及生物活性均较低。所以病区谷物中的锰、锌含量亦较低。 钾是一种具有多种重要生物学功能的元素，是组成细胞的主要阳离子，它对维持细胞的正常结构和功能具有重要作用。病区环境是一个富钾的环境，水土和作物中钾的含量都十分丰富，但地方性的慢性腹泻，导致体内的钾大量流失；摄入大量的钠进入肾曲管后与钾进行交换，从而引起钾的流失；机体内钠、钾之间的拮抗作用，使钾从尿中排出；高镁可引起钾的代谢障碍；钾还可以随汗水排出体内。慢性低钾会影响蛋白质的合成，进而导致蛋白质营养不良症。 镁对机体最大的影响是形成硫酸镁后的导泻作用，使肝脏的解毒功能下降，导致机体对某些毒物耐量的降低；大量的镁促使电解质代谢紊乱，同时对钾也有拮抗作用；高镁还可干扰机体对锰、锌等微量元素的吸收。第43页，共68页，2023年，2月20日，星期四环境地球化学第44页 锰是一种十分重要的生命必需的微量元素，儿童缺锰，生长发育受到抑制，成年人缺锰影响生育。 病区环境本来就缺锌，由于钙的浓度很高影响机体对锌的吸收，再加上长期腹泻，锌随粪便大量排出，就更促使锌的缺乏。 伽师病病区具高硫酸盐、高镁、高钠、高钙和低锌、低锰等特征，主要是通过饮水而作用于人群和畜类的。长期饮用高硫酸盐水的人群几乎都有稀便、腹鸣、腹胀的症状。其带来一些不良的后果是，使体内的钾大量流失，以致来不及补充而处于低钾状态，影响机体对营养物质的消化、吸收，导致营养缺乏症；体液大量流失，使血溶量减低而导致低血压，使肠道内的锰、锌等微量元素流失，促使体内的元素缺乏，可引起电解质及酶代谢的紊乱，使机体的代谢平衡受到破坏。因此，高硫酸盐既是伽师病发病的诱导因素，又是发病的基础条件。 总之，伽师病是因为多种元素过剩及少数元素不足所引起的一种地方性综合症。第44页，共68页，2023年，2月20日，星期四环境地球化学第45页6．区域环境与癌症 目前的研究表明，约有80％的癌症是由环境因素引起的，其分布具明显的地区性和地带性，有集中高发的现象，其中消化系统癌症的地区性分布最为明显。 所谓地区性，指癌症死亡率的分布有明显的地区性差异，或集中高发的现象；地带性则指，癌症死亡率的分布不仅有明显的地区性特点，而且随着地理纬度的变化而变化。第45页，共68页，2023年，2月20日，星期四环境地球化学第46页(1)癌症的分布特征 癌症在世界各地均有分布，但它有明显集中高发的现象。 对世界各地食管癌死亡率研究后，可按其频率划分为四级；高发区，死亡率高于100／10万；相对高发区，死亡率为70～100／10万；中发区，死亡率为40～70／10万；低发区的死亡率低于40／10万。第46页，共68页，2023年，2月20日，星期四环境地球化学第47页中国男性食管癌高发地带分布示意图第47页，共68页，2023年，2月20日，星期四环境地球化学第48页 肝癌的分布地方性也十分明显，按发生频率也可分为四级：高发区死亡率大于30／10万；相对高发区，死亡率为19～30／10万；中发区的死亡率为10～19／10万；低发区的死亡率小于10／10万。

第48页，共68页，2023年，2月20日，星期四环境地球化学第49页中国男性肝癌分布图第49页，共68页，2023年，2月20日，星期四环境地球化学第50页 胃癌主要分布于平原沼泽地带，或河漫滩沼泽地带，是一个土壤有机质富集，Ca、Mg、Cu等元素缺乏的环境。我国胃癌的平均死亡率约为15／10万，其总的分布趋势是西北黄土高原和东部沿海各省较高。 癌症分布的另一个重要特征是对比性强，也就是在广泛的低发区内出现几个高发点，或在高发区内轻重病点紧相毗连，形成明显对比。 癌症分布不仅表现出地方性，其地带性特征也较明显。这种关系明显地反映在水文地球化学的地带性特征上。 胃癌主要分布在中、高纬度地带，而在低纬度带和赤道附近，胃癌则较少发生。胃癌高发带的主要自然特征是气候寒冷湿润、植被繁茂、土壤多富含腐殖质；地表水、潜水丰富，为富含腐殖质的重碳酸盐－硅质软水，矿化度一般为100～200mg/L，甚至小于100mg/L，Ca、Mg、Se、Mo、Cu、Zn等元素缺乏。第50页，共68页，2023年，2月20日，星期四环境地球化学第51页 肝癌主要流行于低纬度地带，在高纬度区很少发生肝癌。肝癌高发区属于干旱、半干旱的环境，水源缺乏；或者是处于湿热气候的沿海地带。其特点是饮水水质不良。 食管癌的主高发区主要位于东南非和中亚地区。其环境特征是，气候干旱、水源缺乏、土壤盐渍化程度较高，属硫酸盐－重碳酸盐水或硫酸盐－氯化物水带；地表及地下水的矿化度均较高，且偏碱性，水中As、Se、Mo、V、Cr、B、Ni、I、F等元素富集。第51页，共68页，2023年，2月20日，星期四环境地球化学第52页(2)地球化学环境与癌症 癌症的分布往往与某些类型的岩石或土壤有关。如南非的食管癌高发区多为玄武岩层分布区；我国山西某地的食管癌可能与无烟煤的分布有关；河南的食管癌主要分布于安山岩和中更新统的洪积层分布区；广西南宁的肝癌高发区主要为石灰岩分布区，而在砂、页岩地区肝癌发病率显著降低。 除了岩石和土壤成分与癌症有着较密切的关系外，地貌可影响水文条件和水的化学成分。 大量的调查资料表明：肝癌、食管癌高发区，饮池塘水、沟渠水的居民多，而饮深井水的居民发病率明显较低。从水质上看，池塘水、沟渠水的有机污染严重，其直观指标是；浑浊、着色(黄、绿、灰等色)、异味、异嗅、微生物繁盛；水缸底有胶体絮状沉淀物。其化学标志是NO3-、NO2-、NH4+、腐殖酸(－OH)含量高，COD高，Se、Mo、Mg、Ca含量低。第52页，共68页，2023年，2月20日，星期四环境地球化学第53页 我国消化系统癌症高发区的环境可划分为山区型、岩溶山区型、水网平原、三角洲平原型。山区型：以太行山食管癌区为代表。气候较干旱，植被稀少，基岩裸露，地表迳流较贫乏，为严重缺水区。环境卫生不良，水质污染严重，居民多饮用旱井水、池塘水、浅井水。岩溶山区型：以南宁地区肝癌高发区为代表。气候湿热，雨量充沛，岩溶发育，峰林槽谷地貌构成了特殊的水文地质条件，地表径流量少，地下暗河十分发育，居民饮用质量低劣的塘水或塘边渗井水。第53页，共68页，2023年，2月20日，星期四环境地球化学第54页水网平原型：以苏北地区食管癌、肝癌高发区为代表。为河流下游的水网区，气候湿热，雨量较多，地形低洼，河渠纵横，潜水水位较高，地表水丰富，水流滞缓，循环不良。湖塘洼地星罗棋布，湖沼相沉积物发育，土壤中腐殖质较丰富；地表水、潜水硝酸盐、亚硝酸盐含量较高，地表水普遍受到污染。三角洲平原型：以长江三角洲、珠江三角洲的癌症高发区为代表。以海陆交互沉积物为主，三角洲地带沼泽发育，土壤中腐殖质丰富，盐分含量较高。在湖沼地带及河渠末梢水流滞缓，尤其在防潮堤内长期积水形成池沼地，沼气逸出，构成了封闭的还原环境。癌症高发区的居民饮用沟渠水和池塘水。第54页，共68页，2023年，2月20日，星期四环境地球化学第55页7．地球化学环境与大骨节病

大骨节病（Kaschin-Beck病

）是一种畸形骨关节病，有明显的地方性，在我国14个省区均有分布，主要发生在北方地区。其病因尚有争议。第55页，共68页，2023年，2月20日，星期四环境地球化学第56页中国大骨节病分布图第56页，共68页，2023年，2月20日，星期四环境地球化学第57页(1)大骨节病的流行特点 大骨节病在流行病学上的显著特点表现为地方性、广泛性、严重性、对比性、稳定性及可变性。地方性表现在大骨节病在一地流行，相邻的另一地却不流行，往往仅一山之隔、一水之隔、一沟之隔，其病情就存在着轻重和有无的差别。广泛性表现为大骨节病分布十分广泛，它跨越了寒、温、热三大气候带，在不同地层区、地貌区、各类植被区、不同土壤带都有其分布。严重性表现为患者多，病情重。临床检出率大于50％，X射线检出率高于70％的病村为数不少，严重损害青少年的身体健康。第57页，共68页，2023年，2月20日，星期四环境地球化学第58页对比性表现为两村相邻，一重一轻，或一有一无，对比非常明显；或者在病区内出现“健康岛”，或在健康区中出现“病岛”，形成鲜明对比。稳定性表现为大骨节病的病情比较稳定，没有时有时无、忽高忽低的现象，在没有受到特殊因素干扰的情况下，病情的变化是比较缓慢的、渐变的。可变性是指大骨节病在短期内，例如1～2年或3～4年，在8～13岁的易感人群中就可出现大骨节病，或者明显下降，直至消失。这种变化往往与饮水的变更直接相关。第58页，共68页，2023年，2月20日，星期四环境地球化学第59页大骨节病有三种流行趋势：病情重而稳定的老病区，大骨节病的病区多处于偏僻山区，为原始森林或茂密的次生林带，属于未开垦的处女地，或初垦的生荒地。病情消退的老病区，由于人们对森林、土地、水利资源的大量开发改变了水文地球化学环境，病区的病情显著下降，许多村镇已无新发病例。病情突变的病区，这包括：①历史上有此病流行，但是程度很轻，自从饮水水源改变以后，大骨节病显著加重，如东北平原病区，渭北、陇东黄土高原病区；②历史中很少有人居住，后来在外来移民的少年儿童中突发大骨节病，发病率可高达80％～90％，如东北松嫩平原、三江平原；③在平原氟病区，因防病打深井，饮用深井水后，骤发大骨节病，如吉林省西部平原的乾安县、长岭县，黑龙江省的安达、大庆、林甸、杜尔伯特等地。第59页，共68页，2023年，2月20日，星期四环境地球化学第60页(2)大骨节病的地球化学环境 饮水源与大骨节病的调查统计资料表明，居民的发病率与饮水水源类型密切相关，饮窖水、沟水的居民发病率最高，饮井水、泉水的居民发病率最低，或不发病。 大骨节病与饮水的有机污染有着密切的关系。各病区200个水样的腐殖酸测定表明，严重、较严重污染的饮水腐殖酸含量平均为0.34mg/L，范围为0.14～3.19mg/L；轻度或无污染的饮水腐殖酸平均含量为0.05mg/L，范围为0.02～0.16mg/L。同时病区饮水中的Se含量也显著低于非病区，全国病区平均为0.17±0.17μg/L，而非病区平均为0.97±0.55μg/L。第60页，共68页，2023年，2月20日，星期四环境地球化学