環(huán)境地球化學1

環(huán)境地球化學1.環(huán)境相對，某一主體的周圍事物；對人類來說，人周圍所有事物都屬于環(huán)境，包括大氣、水體、土壤、巖石、其它生物體。光化學煙霧:汽車、工廠等污染源排入大氣的碳氫化合物(HC)和氮氧化物(NOx)等一次污染物在陽光(紫外光)作用下發(fā)生光化學反應生成二次污染物，后與一次污染物混合所形成的有害淺藍色煙霧。損害人和動物的健康:眼睛和粘膜受刺漱、頭痛、呼吸障礙、慢性呼吸道疾璃愚化、兒童肺功能異常等眼睛疾雞，紅眼雞(急性結膜炎)呼吸系統(tǒng)病，肺氣腫、肺水腫:臭氧、PAN等的刺激影響植物生長:臭氧-→表皮褪色，呈蠟質(zhì)狀，后色素變化，葉片出現(xiàn)紅褐色斑點。PAN->葉子背面呈銀灰色或古銅色，影響植物的生長，降低對病蟲害的抵抗力對建筑材料的破壞:O3降低大氣的能見度在其它危害:加速橡膠制品的老化和龜裂，腐蝕建筑物和衣物，縮短其使用壽命。甲狀腺腫(大脖子病)缺碘(碘鹽)碘在環(huán)境中的分布極不均勻，有些地區(qū)缺碘，有些地區(qū)則富碘;調(diào)查發(fā)現(xiàn)，有些地區(qū)的食物和飲水中的碘既不缺乏也不過量，也流行甲狀腺，可能預示著在飲水或食物中存在干擾和抑制人體吸收碘的因素，如水中Ca、MgF、Mn等過高或蔬菜中亞硝酸鹽、硝酸鹽等的存在。地方性心肌病(克山病)①環(huán)境中與心肌代謝有關的某種或某些元素的缺乏(如Se、Mo等)。②過量攝入亞硝酸鹽、有機物、Ba等或其比例失調(diào)。③生物病因說，認為致病因子是某些病原微生物或其代謝產(chǎn)物。●氟斑牙、氟骨癥高氟分布在干早一半干旱地區(qū)如華北平原以及一些溫泉地帶，主要來自飲水、生活煤煙污染和食物;當攝入的氟量較低時，造成人體缺氟而引起齲齒，牙的耐酸和耐磨性降低。當人體攝入的氛過量時，會造成氟中毒，如氟斑牙骨骼變形和神經(jīng)細胞變性等。作物的質(zhì)量、口感、營養(yǎng)價值洛陽牡丹:熊耳群變質(zhì)巖發(fā)育土壤，富含鐵、錳等微量元素;膠東半島蘋果:花崗巖鳳化的砂質(zhì)土壤，含微量元素;隨著生產(chǎn)力、物質(zhì)生活水平提高，人們對周圍生活和工作環(huán)境越來越重視，通過地球化學的方法，研究周圍環(huán)境中與人類生命和健康密切相關的化學物質(zhì)組成、作用及演化，環(huán)境地球化學。1.1.環(huán)境地球化學的性質(zhì)環(huán)境地球化學是介于環(huán)境科學和地球化學之間的一門新興邊緣交義學科，是研究巖石圈(表層)、水圈、生物圈、大氣圈中元素的分布、遷移、轉化和循環(huán)規(guī)律及其與生物和人體健康的關系被廣泛應用到環(huán)境質(zhì)量評價和環(huán)境治理等各個方面。1.2.環(huán)境地球化學的主要任務研究人類生存的地球環(huán)境的化學組成、化學作用、化學演化與人類活動相互關系及全球環(huán)境變化，揭示人類生存與環(huán)境之間的內(nèi)在聯(lián)系。目前環(huán)境地球化學研究體中表現(xiàn):地球化學環(huán)境與人類健康八環(huán)境污染的地球化學研究以全球環(huán)境變化的地球化學記錄心農(nóng)業(yè)的地球化學研究八地球化學環(huán)境與人類健康，亦即原生環(huán)境的地球化學性質(zhì)及其與植物、動物和人體健康的關系;元素在巖石、土壤、水休和大氣中的含量、分布及其分配規(guī)律，并評價原生環(huán)境的質(zhì)量，是否宜居;研究個別元素的環(huán)境地球化學行為，即對人類有益或有害元素以及生命元素的賦存規(guī)律、結合形態(tài)及對人類健康的影響;區(qū)域環(huán)境地球化學特征，揭示與有關的地方性疾病的原因，探討長壽的環(huán)境地化因素;原生地球環(huán)境及其演化因素的環(huán)境地球化學分類、元素環(huán)境背景值的確定、原生環(huán)境質(zhì)量評價等;環(huán)境地球化學與環(huán)境化學任務不同:后者側重有害化學物質(zhì)在環(huán)境介質(zhì)中的存在化學特性、行為和效應及其控制的化學原理和方法，土要包括以研究環(huán)境污染物檢測方法與原理為土的環(huán)境分析化學和以化學污染物的起源與污染機制為土的環(huán)境污染化學污染:由于人類的生產(chǎn)、生活活動導致其環(huán)境中有毒有害物質(zhì)的量高于自然背景值，并對處于該環(huán)境中的人群健康產(chǎn)生損害效應的現(xiàn)象。環(huán)境地球化學不僅研究污染環(huán)境，還研究自然環(huán)境中對人類健康和農(nóng)作物生長的有益、有害物質(zhì);不僅研究現(xiàn)狀，還從全球尺度研究過去和未來的變化。環(huán)境地球化學與環(huán)境地質(zhì)學。關系:環(huán)境地學;地學為基礎區(qū)別:前者研究自然與人類活動引起的物質(zhì)組分分布與變化規(guī)律;后者，宏觀地質(zhì)問題，如區(qū)域地質(zhì)環(huán)境，包括地災、環(huán)境地質(zhì)問題(地面沉降、海水倒灌、荒漠化、人工滑坡、閃崩)、工程地質(zhì)問題(水庫、城市、道路、機場、電站建設對地質(zhì)環(huán)境的破壞)(1)地球環(huán)境的圈層結構?大氣圈、水圈、巖石圈、生物圈、土壤圈(2)大氣圈分層，對流層特點?對流層、平流層、中間層、暖層、逸散層對流層:①最活躍，存在強烈垂直和水平運動;②水汽和塵埃含量高雷電、而雪云霧霜雹等，對人類影響很大;③離人類最近，大氣污染對此層而言，尤其是1~2km高度;④大氣溫度隨高度升高而降低，(3)水圈?海洋和陸地上的液態(tài)水和因態(tài)水構成一個大體連續(xù)的圈層覆蓋在地球表面(4)碳循環(huán)的三種形式?①光合/呼吸作用;②食物鏈、微生物分解;③化石燃料燃燒，沉積埋藏作用;喪生帶環(huán)境特點常溫(低而逃變，溫差-75-85);常壓;水介質(zhì)大量廣泛的存在;常處于游離氧環(huán)境，氧化還原界面，常處于co2作用下，生物和有機質(zhì)參與作用無論是元素的遷移和重新分配，沒有任何一種化學營力風了大比得上生物作用表生作用:在地球外層進行的，是巖石圈與水圈、生物圈和大氣圈相互間復雜的物理化學與生物作用的綜合表生帶作用特點(與原生作用區(qū)別):元素遷移的物理化學環(huán)境不同(溫壓介質(zhì)生物);》動力因素是外營力;表生和原生過程中分散和富集化學元素互為來源;人類活動造成的地球化學異?？赡艽笥谧匀坏厍蚧瘜W異常;1.2表生帶環(huán)境的地帶性特征環(huán)境地球伴隨地表熱能的緯度分布規(guī)律，氣候、水文、植物、土壤呈現(xiàn)明顯的地帶性分布，緯/經(jīng)度地帶性、業(yè)直地帶性。表生地球化學環(huán)境也有地帶性規(guī)律，與氣候、植物、土壤的一致中國地球化學環(huán)境帶森酸性、弱酸性還原森中性氧化森堿性、弱堿性氧化森酸性氧化1.3表生帶環(huán)境的非地帶性特征環(huán)境地球化學非地帶性的地球化學環(huán)境:元素富集的氧化地球化學環(huán)境火山、溫泉:局部水和土壤S、F、Si、Se、As富集煤系地層、凝灰?guī)r、硫化礦床:Se富集(多)金屬礦氧化帶:水和土壤富Cu、Pb、Zn、Mo、Cd腐殖質(zhì)富集的地球化學環(huán)境:沙漠中的沼澤1.4地球關鍵帶及其性質(zhì)和作用環(huán)境地球”地球關鍵帶由地球表層各部分和相互作用過程組成的綜合系統(tǒng)，是近地球表面、有滲逄公介于大氣圈和巖石圈之間的地帶，地球關鍵帶的分層特征:垂向上明顯分層;層與層之間關鍵界面土壤-大氣/土壤-植被/包氣帶-飽水帶大地球關鍵帶性質(zhì)作用分類生態(tài)過程:通過植物、微生物等生產(chǎn)者將土壤中的物質(zhì)合成為植物量，經(jīng)消費者消費后被微生物分解返回土壤。生物地球化學過程:聯(lián)系生物過程與非生物過程，重點研究各種化學物質(zhì)的來源、存在數(shù)量、狀態(tài)和遷移轉化規(guī)律以及生物有機體參與下的地球化學過程。水文過程:通過水分運移、轉化使物質(zhì)和能量在空間上重新分布的動態(tài)過程。生物地球化學過程與水文過程相互耦合，推動生態(tài)過程的持續(xù)進行，共同決定關鍵帶的整體形態(tài)和功能。表生作用是指地球最表層進行的地質(zhì)地球化學作用，是巖石圈、大氣圈、水圈和生物圈之間互相復雜作用的總和。風化作用、沉積作用2.1一、風化作用:表生作用條件下使巖石、礦物遭到破壞的地質(zhì)作用。地殼表層巖石，在大氣、水和生物等營力作用下發(fā)生的機械和化學變化過程?！鑫锢盹L化■生物風化■化學風化二、風化作用產(chǎn)物森風化地帶出的可溶性物質(zhì)森經(jīng)風化作用未發(fā)生變化的殘留原生礦物經(jīng)風化作用產(chǎn)生的新穩(wěn)定礦物森有機物分解的有機化合物1)表生地球化學?研究地球表生作用帶的化學組成、化學作用和化學演化(2)表生帶環(huán)境的主要特點?①常溫;②常壓;③水介質(zhì)大量廣泛的存在;④常處于游離氧環(huán)競，氧化還原界面;⑤處于CO2作用下;⑥生物和有機質(zhì)參加作用(3)中國地球化學環(huán)境帶及特征?①酸性氧化:(亞)熱帶雨林、富水、元素循環(huán)強、風化淋溶強、貧元素;②酸性、弱酸性還原:森林草原、較富水、元素禁錮在植物殘體、風化淋溶強、元素缺乏;③堿性、弱堿性氧化:干旱、淋溶弱蒸發(fā)強、元素匱乏;④中性氧化:森林草原、較富水/水質(zhì)好、淋溶富集均不強，元素適中;(4)表生作用，風化作用?指地球最表層進行的地質(zhì)地球化學作用，是巖石圈、大氣圈、水圖和生物圈之間互相復雜作用的總和。表生作用條件下使巖石、礦物遭到破壞的地質(zhì)作用。土壤有機質(zhì)的作用:植物營養(yǎng)的來源:含大量植物營養(yǎng)元素，礦化(有機到無機)分解釋放可供吸收(主要CO2);’可改善土壤的物理性質(zhì):腐殖質(zhì)是土壤團聚體膠結劑，可促進土壤團粒結構的形成;使土壤顏色變暗，增加土壤吸熱能力;增強土壤蓄水能力;土壤有機質(zhì)的作用:●利于土壤環(huán)境解毒:解毒作用:進入土壤中的農(nóng)用化學品或污染物能以各種方式從土壤環(huán)境中消失或轉化為毒性較低的形態(tài)。土壤有機質(zhì)可減輕或消除農(nóng)藥殘毒和重金屬污染，通過:①與重金屬離子相互作用土壤有機質(zhì)的作用:土壤有機質(zhì)可減輕或消除農(nóng)藥殘毒和重金屬污染，通過:②吸附農(nóng)藥等有機污染物:固定農(nóng)藥三、影響風化作用的因素風化過程中，外界條件(外因)起重要控制作用，礦物本身特性(內(nèi)因)對風化過程速度和強度也有根本影響內(nèi)因巖石特征:組成巖石的礦物成分和性質(zhì)巖石的結構巖石的構造外因(巖石所處的環(huán)境條件)構造運動構造達動相對穩(wěn)定或下降的平擔地區(qū)，風化利蝕產(chǎn)物留原地，形成巨厚松散堆積物，以化學、生物風化為主;高原隆升區(qū)，剝蝕強，地面切割高，以物理鳳化為主;氣候(雨量和溫度)雨量占主導地位(水的機械搬運能力和化學反應作用)、溫度影響化學反應這率，有機物質(zhì)/化學分解速率;雨量和溫度決定植被發(fā)育情況:①效帶雨林區(qū)，淋濾作用最為強烈，SiO,也被水溶解帶走，只AI2O3形成富鋁鳳化殼;②鐵與鋁相似，在熱帶多雨區(qū)形成磚紅土;③植被發(fā)育程度直接關系有機風化，有機質(zhì)是微生物繁衍的基礎，腐解產(chǎn)生CO2,有機酸促進化學分解,植物根系生長促進巖石機械破壞。地形與構造運動有關，影響風化產(chǎn)物的淋濾、風化殼厚度和保存程度;溫度影響化學反應速率影響氣候、植被、土壤覆蓋和生物，坡向、海拔等;時間較長時間穩(wěn)定的地質(zhì)環(huán)境，風化作用徹底(大型紅土鐵礦床、鋁土礦床，風化時期漫長);2.2、沉積作用地球化學過程沉積作用:元素經(jīng)過長途搬運到異地聚集成沉積物過程沉積物的來源*陸源物質(zhì)(母巖風化產(chǎn)物，最主要)*生物源物質(zhì)(生物殘骸和有機質(zhì)，次要)森深源物質(zhì)(火山碎屑和深部鹵水)*宇宙源物質(zhì)(順石與宇宙塵)搬運沉積方式:機械、化學、生物的碎屑物質(zhì)推運和沉積作用*水流中的搬運沉積(水營力)空氣中的搬運沉積(風營力)搬運方式:推移和懸移推移:較粗砂和礫石在河底移動，滾動或跳躍搬運;懸移:較細碎屑(粉砂和黏土)懸浮搬運;機械沉積作用:水流動力不足以克服碎屑重力時，處于搬運狀態(tài)的碎屑物質(zhì)將沉積懸浮粉砂粘土在流速減小到沉降速度的12.5倍時，下沉;膠體溶液的搬運和沉積作用低溶解度金屬氧化/氣氧化物和硫化物常呈膠體溶液被搬，膠體溶液介于相分散系(懸浮液)和離子分散系(真溶液)之間，粒子介于1~100pum.椒運過程中，不同電荷膠體相遇，或電解質(zhì)作用，或濃集結成為爾狀、團塊狀，沉積。真溶液的搬運和沉積作用真溶液物質(zhì):溶液中呈離子狀態(tài)存在的化學物質(zhì)母巖風化產(chǎn)物中真溶液主要是CI、S、Ca、Na、Mg、K等，P、Si、Al、Fe、Mn等也可部分呈離子狀態(tài)在水中被搬運。-----溶解度越大，越易搬運，越難沉積;溶解度大的物質(zhì)，水介質(zhì)的影響不大(干熱蒸發(fā)條件下，K、Na等溶解度大的鹽才會沉積，蒸發(fā)鹽)溶解度小的物質(zhì)，pH、Eh值和含鹽度、溫度、壓力、CO,的含量、離子的吸附作用等都能影響。3.表生帶環(huán)境中元素的存在形式和遷移轉換元素的存在開形式氣體(O、N,、CO,、HS、He等);可溶性鹽類及其中離子(NaCl、Na,SO、Nat);難溶性鹽類及其中離子(CaCO、CuCO、PbSO,);生物有機體(植物、動物和微生物)中的元素;膠體沉淀和膠體溶液(腐殖物質(zhì)，鐵/硅/錳氫氧化物)吸附性離子(膠體礦物中的Cat、Mg2+、Na+、Cu2+);主要為氣體、易溶性鹽類及在溶液中的離子3.2元素的遷移轉化森元素遷移特點除受自然地理條件影響，還明顯受人類地化活動影響。地球內(nèi)部能量釋放與太陽輻射能量交織帶;水為較強的天然溶劑;地球表面是生物的生存環(huán)境;地球表面地質(zhì)與地貌條件不同;人類生存與活動之所;元素的遷移類型空氣遷移:元素以氣態(tài)分子、揮發(fā)性化合物和氣溶膠(人類活動影響)等形式在空氣中的遷移;水遷移:元素在水溶液中以簡單或復雜的離子、配離子、分子、膠體等狀態(tài)的遷移;生物遷移:土壤、水、肥料或農(nóng)藥中元素通過生物體吸收、代謝和生長發(fā)育至死亡等過程的遷移;影響元素遷移的因素元素本身性質(zhì):如溶解性外界物理化學條件:介質(zhì)酸堿性、氧化還原電位----強酸性環(huán)境，大多元素易溶，利于遷移;---酸性/弱酸性環(huán)境，有利于Ca2+、Sr2+、Ba2+等的遷移----Fe在氧化環(huán)境形成溶解度小的高價態(tài)、難遷移，還原環(huán)境成溶解度大的低價態(tài)，易遷移;---Mn相反，氧化環(huán)境易遷移，還原成MnO2,難遷移;4.1汞的表生地球化學特征自然界中存在的汞:金屬汞、一價錄和二價承化合物。紅色的硫化物辰砂(較多，表生常最穩(wěn)定);.單質(zhì)和黑色硫化物黑辰砂較少;汞化合物溶解度很低，介質(zhì)環(huán)境對其吸附性很強，地下水中汞含量很低，不會大量進入江河湖海;現(xiàn)代沉積物中汞為6x10-82x10-6;盆地中