环境地球化学1

环境地球化学1.环境相对，某一主体的周围事物；对人类来说，人周围所有事物都属于环境，包括大气、水体、土壤、岩石、其它生物体。光化学烟雾:汽车、工厂等污染源排入大气的碳氢化合物(HC)和氮氧化物(NOx)等一次污染物在阳光(紫外光)作用下发生光化学反应生成二次污染物，后与一次污染物混合所形成的有害浅蓝色烟雾。损害人和动物的健康:眼睛和粘膜受刺漱、头痛、呼吸障碍、慢性呼吸道疾璃愚化、儿童肺功能异常等眼睛疾鸡，红眼鸡(急性结膜炎)呼吸系统病，肺气肿、肺水肿:臭氧、PAN等的刺激影响植物生长:臭氧-→表皮褪色，呈蜡质状，后色素变化，叶片出现红褐色斑点。PAN->叶子背面呈银灰色或古铜色，影响植物的生长，降低对病虫害的抵抗力对建筑材料的破坏:O3降低大气的能见度在其它危害:加速橡胶制品的老化和龟裂，腐蚀建筑物和衣物，缩短其使用寿命。甲状腺肿(大脖子病)缺碘(碘盐)碘在环境中的分布极不均匀，有些地区缺碘，有些地区则富碘;调查发现，有些地区的食物和饮水中的碘既不缺乏也不过量，也流行甲状腺，可能预示着在饮水或食物中存在干扰和抑制人体吸收碘的因素，如水中Ca、MgF、Mn等过高或蔬菜中亚硝酸盐、硝酸盐等的存在。地方性心肌病(克山病)①环境中与心肌代谢有关的某种或某些元素的缺乏(如Se、Mo等)。②过量摄入亚硝酸盐、有机物、Ba等或其比例失调。③生物病因说，认为致病因子是某些病原微生物或其代谢产物。●氟斑牙、氟骨症高氟分布在干早一半干旱地区如华北平原以及一些温泉地带，主要来自饮水、生活煤烟污染和食物;当摄入的氟量较低时，造成人体缺氟而引起龋齿，牙的耐酸和耐磨性降低。当人体摄入的氛过量时，会造成氟中毒，如氟斑牙骨骼变形和神经细胞变性等。作物的质量、口感、营养价值洛阳牡丹:熊耳群变质岩发育土壤，富含铁、锰等微量元素;胶东半岛苹果:花岗岩凤化的砂质土壤，含微量元素;随着生产力、物质生活水平提高，人们对周围生活和工作环境越来越重视，通过地球化学的方法，研究周围环境中与人类生命和健康密切相关的化学物质组成、作用及演化，环境地球化学。1.1.环境地球化学的性质环境地球化学是介于环境科学和地球化学之间的一门新兴边缘交义学科，是研究岩石圈(表层)、水圈、生物圈、大气圈中元素的分布、迁移、转化和循环规律及其与生物和人体健康的关系被广泛应用到环境质量评价和环境治理等各个方面。1.2.环境地球化学的主要任务研究人类生存的地球环境的化学组成、化学作用、化学演化与人类活动相互关系及全球环境变化，揭示人类生存与环境之间的内在联系。目前环境地球化学研究体中表现:地球化学环境与人类健康八环境污染的地球化学研究以全球环境变化的地球化学记录心农业的地球化学研究八地球化学环境与人类健康，亦即原生环境的地球化学性质及其与植物、动物和人体健康的关系;元素在岩石、土壤、水休和大气中的含量、分布及其分配规律，并评价原生环境的质量，是否宜居;研究个别元素的环境地球化学行为，即对人类有益或有害元素以及生命元素的赋存规律、结合形态及对人类健康的影响;区域环境地球化学特征，揭示与有关的地方性疾病的原因，探讨长寿的环境地化因素;原生地球环境及其演化因素的环境地球化学分类、元素环境背景值的确定、原生环境质量评价等;环境地球化学与环境化学任务不同:后者侧重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，土要包括以研究环境污染物检测方法与原理为土的环境分析化学和以化学污染物的起源与污染机制为土的环境污染化学污染:由于人类的生产、生活活动导致其环境中有毒有害物质的量高于自然背景值，并对处于该环境中的人群健康产生损害效应的现象。环境地球化学不仅研究污染环境，还研究自然环境中对人类健康和农作物生长的有益、有害物质;不仅研究现状，还从全球尺度研究过去和未来的变化。环境地球化学与环境地质学。关系:环境地学;地学为基础区别:前者研究自然与人类活动引起的物质组分分布与变化规律;后者，宏观地质问题，如区域地质环境，包括地灾、环境地质问题(地面沉降、海水倒灌、荒漠化、人工滑坡、闪崩)、工程地质问题(水库、城市、道路、机场、电站建设对地质环境的破坏)(1)地球环境的圈层结构?大气圈、水圈、岩石圈、生物圈、土壤圈(2)大气圈分层，对流层特点?对流层、平流层、中间层、暖层、逸散层对流层:①最活跃，存在强烈垂直和水平运动;②水汽和尘埃含量高雷电、而雪云雾霜雹等，对人类影响很大;③离人类最近，大气污染对此层而言，尤其是1~2km高度;④大气温度随高度升高而降低，(3)水圈?海洋和陆地上的液态水和因态水构成一个大体连续的圈层覆盖在地球表面(4)碳循环的三种形式?①光合/呼吸作用;②食物链、微生物分解;③化石燃料燃烧，沉积埋藏作用;丧生带环境特点常温(低而逃变，温差-75-85);常压;水介质大量广泛的存在;常处于游离氧环境，氧化还原界面，常处于co2作用下，生物和有机质参与作用无论是元素的迁移和重新分配，没有任何一种化学营力风了大比得上生物作用表生作用:在地球外层进行的，是岩石圈与水圈、生物圈和大气圈相互间复杂的物理化学与生物作用的综合表生带作用特点(与原生作用区别):元素迁移的物理化学环境不同(温压介质生物);》动力因素是外营力;表生和原生过程中分散和富集化学元素互为来源;人类活动造成的地球化学异常可能大于自然地球化学异常;1.2表生带环境的地带性特征环境地球伴随地表热能的纬度分布规律，气候、水文、植物、土壤呈现明显的地带性分布，纬/经度地带性、业直地带性。表生地球化学环境也有地带性规律，与气候、植物、土壤的一致中国地球化学环境带森酸性、弱酸性还原森中性氧化森碱性、弱碱性氧化森酸性氧化1.3表生带环境的非地带性特征环境地球化学非地带性的地球化学环境:元素富集的氧化地球化学环境火山、温泉:局部水和土壤S、F、Si、Se、As富集煤系地层、凝灰岩、硫化矿床:Se富集(多)金属矿氧化带:水和土壤富Cu、Pb、Zn、Mo、Cd腐殖质富集的地球化学环境:沙漠中的沼泽1.4地球关键带及其性质和作用环境地球”地球关键带由地球表层各部分和相互作用过程组成的综合系统，是近地球表面、有渗逄公介于大气圈和岩石圈之间的地带，地球关键带的分层特征:垂向上明显分层;层与层之间关键界面土壤-大气/土壤-植被/包气带-饱水带大地球关键带性质作用分类生态过程:通过植物、微生物等生产者将土壤中的物质合成为植物量，经消费者消费后被微生物分解返回土壤。生物地球化学过程:联系生物过程与非生物过程，重点研究各种化学物质的来源、存在数量、状态和迁移转化规律以及生物有机体参与下的地球化学过程。水文过程:通过水分运移、转化使物质和能量在空间上重新分布的动态过程。生物地球化学过程与水文过程相互耦合，推动生态过程的持续进行，共同决定关键带的整体形态和功能。表生作用是指地球最表层进行的地质地球化学作用，是岩石圈、大气圈、水圈和生物圈之间互相复杂作用的总和。风化作用、沉积作用2.1一、风化作用:表生作用条件下使岩石、矿物遭到破坏的地质作用。地壳表层岩石，在大气、水和生物等营力作用下发生的机械和化学变化过程。■物理风化■生物风化■化学风化二、风化作用产物森风化地带出的可溶性物质森经风化作用未发生变化的残留原生矿物经风化作用产生的新稳定矿物森有机物分解的有机化合物1)表生地球化学?研究地球表生作用带的化学组成、化学作用和化学演化(2)表生带环境的主要特点?①常温;②常压;③水介质大量广泛的存在;④常处于游离氧环竞，氧化还原界面;⑤处于CO2作用下;⑥生物和有机质参加作用(3)中国地球化学环境带及特征?①酸性氧化:(亚)热带雨林、富水、元素循环强、风化淋溶强、贫元素;②酸性、弱酸性还原:森林草原、较富水、元素禁锢在植物残体、风化淋溶强、元素缺乏;③碱性、弱碱性氧化:干旱、淋溶弱蒸发强、元素匮乏;④中性氧化:森林草原、较富水/水质好、淋溶富集均不强，元素适中;(4)表生作用，风化作用?指地球最表层进行的地质地球化学作用，是岩石圈、大气圈、水图和生物圈之间互相复杂作用的总和。表生作用条件下使岩石、矿物遭到破坏的地质作用。土壤有机质的作用:植物营养的来源:含大量植物营养元素，矿化(有机到无机)分解释放可供吸收(主要CO2);’可改善土壤的物理性质:腐殖质是土壤团聚体胶结剂，可促进土壤团粒结构的形成;使土壤颜色变暗，增加土壤吸热能力;增强土壤蓄水能力;土壤有机质的作用:●利于土壤环境解毒:解毒作用:进入土壤中的农用化学品或污染物能以各种方式从土壤环境中消失或转化为毒性较低的形态。土壤有机质可减轻或消除农药残毒和重金属污染，通过:①与重金属离子相互作用土壤有机质的作用:土壤有机质可减轻或消除农药残毒和重金属污染，通过:②吸附农药等有机污染物:固定农药三、影响风化作用的因素风化过程中，外界条件(外因)起重要控制作用，矿物本身特性(内因)对风化过程速度和强度也有根本影响内因岩石特征:组成岩石的矿物成分和性质岩石的结构岩石的构造外因(岩石所处的环境条件)构造运动构造达动相对稳定或下降的平担地区，风化利蚀产物留原地，形成巨厚松散堆积物，以化学、生物风化为主;高原隆升区，剥蚀强，地面切割高，以物理凤化为主;气候(雨量和温度)雨量占主导地位(水的机械搬运能力和化学反应作用)、温度影响化学反应这率，有机物质/化学分解速率;雨量和温度决定植被发育情况:①效带雨林区，淋滤作用最为强烈，SiO,也被水溶解带走，只AI2O3形成富铝凤化壳;②铁与铝相似，在热带多雨区形成砖红土;③植被发育程度直接关系有机风化，有机质是微生物繁衍的基础，腐解产生CO2,有机酸促进化学分解,植物根系生长促进岩石机械破坏。地形与构造运动有关，影响风化产物的淋滤、风化壳厚度和保存程度;温度影响化学反应速率影响气候、植被、土壤覆盖和生物，坡向、海拔等;时间较长时间稳定的地质环境，风化作用彻底(大型红土铁矿床、铝土矿床，风化时期漫长);2.2、沉积作用地球化学过程沉积作用:元素经过长途搬运到异地聚集成沉积物过程沉积物的来源*陆源物质(母岩风化产物，最主要)*生物源物质(生物残骸和有机质，次要)森深源物质(火山碎屑和深部卤水)*宇宙源物质(顺石与宇宙尘)搬运沉积方式:机械、化学、生物的碎屑物质推运和沉积作用*水流中的搬运沉积(水营力)空气中的搬运沉积(风营力)搬运方式:推移和悬移推移:较粗砂和砾石在河底移动，滚动或跳跃搬运;悬移:较细碎屑(粉砂和黏土)悬浮搬运;机械沉积作用:水流动力不足以克服碎屑重力时，处于搬运状态的碎屑物质将沉积悬浮粉砂粘土在流速减小到沉降速度的12.5倍时，下沉;胶体溶液的搬运和沉积作用低溶解度金属氧化/氣氧化物和硫化物常呈胶体溶液被搬，胶体溶液介于相分散系(悬浮液)和离子分散系(真溶液)之间，粒子介于1~100pum.椒运过程中，不同电荷胶体相遇，或电解质作用，或浓集结成为尔状、团块状，沉积。真溶液的搬运和沉积作用真溶液物质:溶液中呈离子状态存在的化学物质母岩风化产物中真溶液主要是CI、S、Ca、Na、Mg、K等，P、Si、Al、Fe、Mn等也可部分呈离子状态在水中被搬运。-----溶解度越大，越易搬运，越难沉积;溶解度大的物质，水介质的影响不大(干热蒸发条件下，K、Na等溶解度大的盐才会沉积，蒸发盐)溶解度小的物质，pH、Eh值和含盐度、温度、压力、CO,的含量、离子的吸附作用等都能影响。3.表生带环境中元素的存在形式和迁移转换元素的存在开形式气体(O、N,、CO,、HS、He等);可溶性盐类及其中离子(NaCl、Na,SO、Nat);难溶性盐类及其中离子(CaCO、CuCO、PbSO,);生物有机体(植物、动物和微生物)中的元素;胶体沉淀和胶体溶液(腐殖物质，铁/硅/锰氢氧化物)吸附性离子(胶体矿物中的Cat、Mg2+、Na+、Cu2+);主要为气体、易溶性盐类及在溶液中的离子3.2元素的迁移转化森元素迁移特点除受自然地理条件影响，还明显受人类地化活动影响。地球内部能量释放与太阳辐射能量交织带;水为较强的天然溶剂;地球表面是生物的生存环境;地球表面地质与地貌条件不同;人类生存与活动之所;元素的迁移类型空气迁移:元素以气态分子、挥发性化合物和气溶胶(人类活动影响)等形式在空气中的迁移;水迁移:元素在水溶液中以简单或复杂的离子、配离子、分子、胶体等状态的迁移;生物迁移:土壤、水、肥料或农药中元素通过生物体吸收、代谢和生长发育至死亡等过程的迁移;影响元素迁移的因素元素本身性质:如溶解性外界物理化学条件:介质酸碱性、氧化还原电位----强酸性环境，大多元素易溶，利于迁移;---酸性/弱酸性环境，有利于Ca2+、Sr2+、Ba2+等的迁移----Fe在氧化环境形成溶解度小的高价态、难迁移，还原环境成溶解度大的低价态，易迁移;---Mn相反，氧化环境易迁移，还原成MnO2,难迁移;4.1汞的表生地球化学特征自然界中存在的汞:金属汞、一价录和二价承化合物。红色的硫化物辰砂(较多，表生常最稳定);.单质和黑色硫化物黑辰砂较少;汞化合物溶解度很低，介质环境对其吸附性很强，地下水中汞含量很低，不会大量进入江河湖海;现代沉积物中汞为6x10-82x10-6;盆地中