環境地球化學

環境地球化學是20世紀70年代發展起來的，它的基礎是地球化學。地球化學是研究地球物質化學運動規律的學科。

近代地球化學著重研究化學元素在地殼中的遷移、轉化、分散和富集問題。各種金屬和非金屬元素、各種天然的無機和有機化合物在自然界的運動受地球化學規律的支配。隨著社會生產的發展，出現了環境問題。

人為釋放的各種金屬和非金屬元素、各種無機和有機化合物也加入自然界原有物質循環之中，它們在自然界的運動同樣受地球化學規律的支配。因此，地球化學的許多原理和方法可以應用於環境問題的研究，這樣就促進了環境科學與地球化學的結合，導致了環境地球化學這門新興的邊緣學科的誕生。

環境地球化學主要研究人類環境的化學性質、研究污染物在環境中的遷移轉化規律、研究環境中的化學物質對生物體和人體健康的影響三個方面。

從地球化學的角度看：人類環境可分為五個地球化學系統，即表面岩石圈系統、大氣系統、水系統、土壤-生物系統和技術系統。為了改善人類環境質量，必須深入了解這些系統的地球化學性質。這些系統是在地質歷史過程中逐步演化、依次產生的，它們的化學性質不斷地發生變化。

到了近代，人類運用強大的技術力量大規模地改變自然界的面貌，地殼深處大量的化學物質被採掘出來，種類越來越多、數量越來越大的自然界本來不存在的化合物被合成出來，它們中的一部分不可避免地被散布到環境中。在原來環境物質循環的基礎上，疊加了這些新的物質的循環，對人類環境質量產生了嚴重影響。

環境地球化學的重要任務之一就在於及時地研究現代環境化學變化的過程和趨勢，在原來地球化學的基礎上，更加深入地研究組成人類環境的各個系統的地球化學性質。

人為散發的污染物在環境中不斷發生空間位置的移動和存在形態的轉化。這種遷移轉化的結果，可以向著有利的方向發展，如污染物被稀釋、擴散、分解，甚至消失；也可以向著不利的方向發展，如污染物在某些條件下積累起來，轉變成為持久的次生污染物。

污染物在環境中的存在形態可以通過各種化學作用不斷發生變化，如溶解、沉澱、水解、絡合與整合、氧化、還原、化學分解、光化學分解和生物化學分解等。

污染物的存在形態不同，其毒性也往往不同，如六價鉻的毒性大於三價鉻，銅的絡離子的毒性小於銅離子，且絡離子愈穩定，其毒性愈小。

污染物的存在形態不同，生物對它的吸收作用也不同，如水稻易於吸收金 屬汞、甲基汞，而不吸收硫化汞。在環境污染研究中，不但要研究污染物的總量，還必須研究污染物的形態。

在一個特定的環境中，污染物的存在形態取決於環境的地球化學條件，如環境的酸鹼條件、氧化-還原條件，環境中膠體的種類和數量、環境中有機質的數量和性質等。

地球化學的研究表明，在地球表面上的每一特定地區都有它特有的地球化學性質，所以應用地球化學的原理和方法，能夠較好地闡明污染物在環境中遷移轉化規律。這方面的研究有助於評價環境質量，預測環境質量變化的趨勢；有助於了解自然界對污染物的自然凈化能力；有助於制定環境標準和制定改造已被污染的環境的措施。

環境地球化學是在生物地球化學的基礎上發展起來的。關於環境元素和生命元素的關係，早在40年代，生物地球化學的研究即指出：有機體中所含的化學元素與生物圈中所存在的化學元素成正比；組成有機體的主要元素在生物圈中都是容易形成氣體和水溶性化合物的元素。

人體的組成是人類在漫長的歲月中通過新陳代謝，與環境進行物質交換，並通過遺傳、變異等過程建立了動態平衡的結果。顯然，人類釋放到環境中的各種各樣的化學物質，必然會以不同的程度進入生物和人的機體。當機體組織不能忍受這些物質時，就會產生嚴重的後果。汞污染引起的水俁病和鎘污染引起的痛痛病是這方面的突出的例子。

環境地球化學在這方面的任務不僅研究現代環境化學組成的變化同生命體、人體化學組成和人類健康的關係，而且在更廣闊的地質背景上研究宇宙元素、地殼元素、海洋元素同生命元素之間的關係，研究生命過程的地球化學演化等問題。

環境地球化學的研究方法通常有兩種：現場調查研究法和實驗室模擬試驗研究法。

在現場調查研究方面，科學地確定取樣地點最為重要。採樣點必須有代表性和有足夠的數量。為查明化學物質在環境中的遷移轉化特點，通常採用共軛布點法。

所謂共軛布點法就是同時對各種有關連的環境要素進行對比取樣分析。如在研究風化殼的化學成分時，同時採集流經這種風化殼的河流的水樣進行分析；在研究土壤的化學 成分時，同時採集生長在這種土壤上的植物樣品及流經這種風化殼的河流的水樣進行分析；在研究土壤的化學成分時，同時採集生長在這種土壤上的植物樣品進行分析，這樣就能獲得關於環境諸要素間存在著密切的地球化學聯繫的資料，從而了解所研究的化學物質在全環境中的遷移狀況。

現場調查研究法只能說明所研究的物質在環境中遷移作用的結果，而不能說明這種結果發生的原因和機制必須在實驗室內進行簡單的或複雜的模擬實驗，即在人工設計的環境中進行某一過程的觀測研究。設計時所採用的環境參數既要服從實驗目的，又要儘可能接近環境的實際情況。

現代分析測試技術是研究環境地球化學的重要手段在環境地球化學研究中已經採用的現代分析測試技術有中子活化分析法、火花源質譜法、化學電離質譜法、用電感耦合等離子體源的原子發射光譜法、無火焰原子吸收光譜法、x射線熒光譜法、電子探針法、化學分析電子能譜法、陽極溶出伏安法、差示脈衝極譜法和氣相色譜法等。

進行環境地球化學研究，要求分析測試方法的靈敏度要高，準確度要好，基體反應要小，並能進行多元素分析。

環境地球化學運用各類專門器具，採集地表、水下和空中的無機和有機樣本。為確定環境樣本中化學元素的含量和組合，各種成分分析儀器和質譜計、能譜儀是它的必備手段。經常採用的研究方法有下面幾種。

為確定一個地方病病區環境化學組成的變異，需和非病區對比；為確定一地區的污染狀況，需和清潔對照區對比等。

即緊緊抓住所瞄準的元素，研究它在環境中運動的各個環節或在各種介質中的地球化學行為。

樹木年輪、冰岩心、湖泊沉積、海灣沉積、深海沉積、珊瑚、黃土、古土壤、河流泥沙、沉積岩、花粉、包裹體等都不同程度地記錄下了它們形成時的環境條件，如溫度、濕度、化學成分、生物量、火山噴發、地磁場、海平面和太陽活動等，因此它們可看成是環境變化的“檔案”材料。不同的檔案材料有不同的環境信息量和時間解析度。有目的地研究這些檔案材料，可提取出過去環境變化的寶貴信息。

需要引進各種測年技術。環境地球化學研究常使用的有低本底放射性測年法，如碳-14法、鉛-210法等。研究環境的化學組成或污染物在空間上的變化，常採用環境地球化學製圖法，為此需按不同的密度進行網格取樣，用電子計算機進行數據處理。

由於要應用地球化學和生態學的原理和方法來研究環境問題，環境地球化學與地球化學和生態學關係密切。環境地球化學在研究內容上與生物地球化學有某些交叉，環境地球化學是從生物地球化學中發展起來的。

從20世紀60年代末期正式使用環境地球化學這一術語至今不過20年，但由於環境地球化學的研究內容直接關係到人類在地球上的生存，因此它具有長遠發展的牢靠基礎；另方面，環境與人的關係和制約地球環境演變的因素十分錯綜複雜，這對新興的環境地球化學是重大挑戰，也帶來了前進的推動力。環境問題已成為20世紀最後十年人類最為關心的重大問題之一，把整個地球作為一個統一系統，研究制約地球環境演變的相互作用的化學，物理和生物學過程，以預測地球環境質量的演變趨勢並提出對策，成為環境地球化學的最新科學思潮。