灾害地质学5 地质环境与人体健康.doc

第五章 地质环境与人体健康 5.1 元素与人体健康 一、 人体内的元素 人体所含元素差别极大，按其含量不同可以分为常量元素和微量元素二大类。根据化学元素的性质及其对人体的利弊作用，又通常将它们分为5类①人体必需常量元素，这一类是被确认的维持机体正常生命活动不可缺少的必需常量元素；②人体必需微量元素，是维持机体正常生命活动不可缺少的必需微量元素；③人体可能必需微量元素，对这类微量元素在体内的形式尚缺乏研究，不能明确判断是否为人类必需微量元素；④有毒元素，是已证明对人体毒性很大的元素；⑤非必需元素，是人体不需要的元素。 常量元素也称宏量元素或组成元素。它们的标准含量占人体总重量的万分之一以上。常量元素包括C、H、O、N、S、P、Na、K、Ca、Mg、Cl等11种。常量元素均为必需元素。它们占人体总重量的99.95。，其中O、C、H、N、S占人体总重量的94。在人体中的常量元素除了构成有机物质的元素外，比较重要的无机矿物质元素是Na、K、Cl、Ca、Mg、P和S等七个元素。 二、 地质环境中元素含量与人体中元素的相关性 20世纪70年代，英国地球化学家汉密尔顿对220名病人的化学元素含量及地壳中各相应元素的含量进行测定，并用其含量均数值的对数绘制元素相关图（图5-1）结论表明除了人体原生质中的主要成分碳、氢、氧和地壳中的主要成分硅以外，其它化学元素在人体血液中的含量和地壳中这些元素的含量分布规律具有惊人的相似性，由此可以说明人体化学组成与地壳演化具有亲缘关系。这一地壳丰度控制生命元素必需性的现象称之为“丰度效应”。 图5-1 人体血液元素与地壳中元素丰度比较（据汉密尔顿，1965） 现代人体的化学成分是人类长期在自然环境中吸收交换元素并不断进化、遗传、变异的结果。人体中某种元素的含量与地壳元素标准丰度曲线发生偏离，就表明环境中该种元素对人体健康产生了不良影响。环境的任何异常变化，都会不同程度地影响到人体的正常生理功能。如人在某一地方长时间居住，就会发展自己体内的种种代谢或代偿功能，以便从环境中获取适量的微量元素。而一旦当他到新的地点进行生活时，由周围环境通过饮食进入体内的微量元素含量会有变化，这时人就不得不重新调节自己体内的技能。而在这一改变过程中，有可能出现一系列不适的反应，而这一综合反应就是我们平时所说的“水土不服”。 三、 地球表生环境中元素的迁移转化 （一）地表环境中元素的迁移类型 元素的迁移类型根据不同的划分形式可以分为不同的迁移类型。 地表环境中的元素迁移需要借助某种介质完成。介质不同，其迁移类型亦不同。按介质类型的不同，可将元素迁移分为空气迁移、水迁移和生物迁移三种形式。 1．按介质类型划分 1 空气迁移空气迁移是指元素以空气为介质，以气态分子、挥发性化合物和气溶胶等形式进行的迁移。属于空气迁移的化学元素有O、H、N、C、I等元素。以气溶胶形式迁移只是在近代工业发展以来，因工业废物的大量排放导致某些微量元素以颗粒物或附着在颗粒物表面进行的一种迁移。 2 水迁移水迁移是指元素以水体为介质，以简单的或复杂的离子、络离子、分子、胶体等状态进行的迁移。元素可以胶体溶液或真溶液的形态随地表水、地下水、土壤水、裂隙水和岩石孔隙水等水体运动而发生迁移。水迁移是地表环境中元素迁移的最主要类型，大多数元素都是通过这种形式进行迁移转化的。 3 生物迁移进入环境的元素通过生物体的吸收、代谢、生长以及死亡等一系列过程实现的元素迁移。这是一种非常复杂的元素迁移形式，与生物的种、属的生理、生化、遗传和变异作用有关。即使同一生物种不同的生长期对元素的吸收、迁移也存在差异或不同。 2．按物质运动的基本形态划分 按物质运动的基本形态还可将元素迁移划分为机械迁移、物理化学迁移与生物迁移三种类型。 （1）机械迁移指元素及其化合物被外力机械的搬运而进行的迁移。如水流的机械迁移、气的机械迁移和重力机械迁移等。 （2）物理化学迁移指元素以简单的离子、络离子或可溶性分子的形式，在环境中通过一系列的物理、化学作用（如溶解－沉淀、氧化还原等作用）实现的迁移。 3 生物迁移通过生物体内的生物化学作用而发生的元素迁移。 通常，环境中元素的迁移方式并不是决然分开的，有时同一种元素既可呈气态迁移，又可呈离子态随水迁移，也可通过生物体实现迁移。如组成原生质的O、H、C、N等元素，在某些情况下呈气态分子O2、CO2、CH4、NH3形式进行迁移；在另外情况下则呈离子态如SO42-、CO32-、NH4、NO3-随水进行迁移，也可以生物的重要组成部分实现迁移（生长、死亡）。 （二）地球表生环境中元素的迁移转化的影响因素 元素在自然环境中的迁移受到两方面因素的影响，一是内在因素，既元素的地球化学性质，二是外在因素，既区域地质地理条件所控制的环境的地球化学条件。 1．影响表生环境中元素的迁移转化的内在因素 不同元素所的形成不同的化学键（离子键与共价键），以及同一元素的不同价态对迁移具有较大的影响。 原于半径和离子半径对元素的迁移转化也具有重要的影响作用。 2．影响表生环境中元素的迁移转化的外在因素 同一种元素在不同区域地质地理条件中的迁移能力是极不相同的。影响元素迁移的最大外力是活的有机体和天然水。主要的外在因素有环境的pH值、氧化还原电位Eh、胶体、腐殖质、气候和地质地貌条件等。 （1）环境的pH值 表生环境中的pH值主要指土壤和天然水的pH值。 在地表环境中，pH值可影响元素或化合物的溶解与沉淀，决定着元素迁移能力的大小。大多数元素在强酸性环境中形成易溶性化合物，有利于元素的迁移；在中性环境中，形成难溶性的化合物，不利于元素的迁移；在碱性环境下，某些元素的化合物也是易于溶解，利于迁移。 （2）氧化还原电位Eh 一些元素在氧化环境中可进行强烈迁移，而另一些元素在还原条件下的水溶液中更容易迁移。如硫、铬、钒等元素在氧化作用强烈的干旱草原和荒漠环境中形成易溶性的硫酸盐、铬酸盐和钒酸盐而富集于土壤和水中。在以还原作用占优势的腐殖酸环境中如沼泽，上述元素便形成难溶的化合物而不能迁移；而Fe、Mn等，在氧化环境下形成溶解度很小的高价化合物，难于迁移；而在还原环境下，则形成易溶的低价化台物，发生强烈迁移。 （3）络合作用 在地表环境中，重金属元素的简单化合物通常很难溶解，但在它们形成络离子以后，则易于溶解发生迁移。甚至有人认为，金属离子络合物是影响重金属迁移的最重要的因素。 近年来，人们特别重视羟基络合作用与氯离子络合作用所促进大量重金属在地表环境中的迁移。羟基对重金属的络合作用实际上是重金属离于的水解反应，重金属能在低pH值下水解，从而提高重金属氢氧化物的溶解度。氯离子作用对重金属迁移的影响主要表现在两个方而一是显著提高难溶重金属化合物的溶解度；二是生成氯络重金属离子，减弱胶体对重金属的吸附作用。 当形成的重金属络合物越稳定，越有利于重金属迁移；反之，络合物易于分解或沉淀，不利于重金属迁移。 （4）腐殖质 腐殖质对元素的迁移主要表现为有机胶体对金属离子的表面吸附和离子交换吸附作用，以及腐殖酸对元素的螯合作用与络合作用。一般认为，当金属离子浓度高时，以交换吸附为主，在低浓度时以螯合作用为主。腐殖质螯合作用对重金属迁移的影响取决于所形成的螯合物是否易溶。易溶则促进重金属的迁移，难溶则降低重金属的迁移。 在腐殖质丰富的环境中，Cu、Pb、Zn、Fe、Mn、Ti、Ni、Co、Mo、Cr、V、Se、Ca、Mg、Ba、Sr、Br、I、F等元素可被有机胶体吸附，并随水大量迁移。腐殖质与Fe、A1、Ti、U、V等重金属形成络合物，较易溶于中性、弱酸性和弱碱性介质中，并以结合物形式迁移；在腐殖质缺乏时，它们便形成难溶物而沉淀。 （5）胶体吸附 胶体由于具有巨大的比表面、表面能并带电荷，能够强烈的吸附各种分子和离子。胶体使元素迁移的作用主要发生在气候湿润地区。由于天然水呈酸性，有机质丰富，利于胶体的形成。元素常以胶体状态发生迁移。在湿润地区，胶体最易吸附的元素有Mn、As、Zr、Mo、Ti、V、Cr和Th等，其次有Cu、Pb、Zn、Ni、Co、Sn等元素。而在气候干旱地区，天然水呈碱性，有机质偏少，不利于胶体的形成，因而由胶体使元素迁移的可能性极小。 各种胶体对元素的吸附具有选择性。例如，褐铁矿胶体易吸附V、P、As、U、In、Be、Co、Ni等元素；锰土胶体易吸附Li、Cu、Ni、Co、Zn、Ra、U、Ba、W、Ag、Au、Tl等；腐殖质胶体易吸附Ca、Mg、A1、Cu、Ni、Co、Zn、Ag、Be等；粘土矿物胶体则常吸附Cu、Ni、Co、Ba、Zn、Pb、U、Tl元素。 （6）气候条件 气候对环境中元素迁移的影响主要取决于两个最重要的条件热量和水分。其对地表环境中元素迁移的影响主要表现在直接影响和间接影响两个方面。 ①直接影响地表环境中化学元素的迁移形式以水介质中发生的物理化学迁移为主，而气候变化的主要因素是降水量和热量。降水量的多少和温度的高低，对化学元素的迁移产生重大影响。在炎热的湿润地区，各种地球化学作用反应剧烈，原生矿物多高度分解，淋溶作用十分强烈，风化壳和土壤中的元素被淋失殆尽，结果使水土均呈酸性反应，元素较贫乏，腐殖质富集，为还原环境。在干旱草原、荒漠气候带，降水量少，阳光充足。蒸发作用十分强烈，水的淋浴作用微弱，各种地球化学作用的强度软弱，速度也十分缓慢。地表环境中富集大量氯化物、硫酸盐等盐类。许多微量元素也大量富集，尤以Ba、Sr、Mo、Zn、As、Se、B等元素为最显著。 此外，温度变化可以影响元素进行的化学反应速度。温度每升高10℃,反应速度便增加原来的23倍。因而，炎热地区环境的化学反应要比寒冷地区进行的迅速而彻底。 ②间接影响主要表现在生物迁移作用方面。气候愈温暖湿润，生物种类和数量愈多，生长速度也愈快，地表环境中的有机质或腐殖质愈多，生物吸收、代谢各种元素的过程愈强烈，地表环境中的许多元素可通过大量生物的吸收、代谢作用进行迁移。而在干旱气候条件下，生物种类和数量很少，地表有机质和腐殖质缺乏，元素的生物迁移微弱，地表环境中的元素多发生富集。 （7）地质与地貌 地质构造、岩性等地质条件均对元素的迁移产生影响。岩层褶皱剧烈、断裂构造发育、节理错综复杂的地区，侵蚀作用、地球化学作用和元素的迁移比较强烈，元素随水流或其他介质大量迁移。如坚硬的岩石难以被侵蚀风化，质地软弱的岩石易于风化侵蚀，其中所含的元素随淋失作用、搬运作用而发生迁移。此外，与地质构造密切相关的火山作用造成地表环境某些元素富集，如B、F、Se、S、As和Si等；与岩浆活动有关的多金属矿床可使地表环境中富含Hg、As、Cu、Pb、Zn、Cr、Ni、V、W、Mo等元素，从而对元素的迁移、聚集产生一定的影响。 地形地貌条件对元素的迁移也具有十分明显的影响作用，一般山区为元素的淋失区，低平地区为元素的堆积富集区。对内陆河流而言，坡降较大的中上游为元素的淋失地段，坡降较平缓的下游则为元素的堆积地段。研究表明，因某些元素“缺乏”引起的地方病常常分布在元素淋失区；因某些元素“过剩”而引起的地方病常发生在元素堆积区。 四、 地球化学环境地带性 地球上的气候、水文、生物、土壤等都与温度的变化密切相关。伴随地表热能的纬度分布规律，气候、水文、植物等都呈现明显的地带性分布规律。而元素的化学活动与这些因素也具有密切关系。因此，元素分布具有地球化学分带特征（表5-1）。 表5-1 中国的自然地带与地球化学环境地带（据潘懋，2003） 位置 气候带 植被带 土壤带 地球化学环境带 东部地区 寒温带 落叶针叶林 棕色针叶林土 酸性、弱酸性还原和中性氧化的地球化学环境 温带 落叶阔叶林 暗棕壤、棕壤褐土 亚热带 常绿阔叶林 黄棕壤、黄红壤、红壤砖红壤性土、砖红壤 热带 季雨林 西、北部地区 温带 森林草原 黑钙土、黑垆土 中性氧化和碱性、弱碱性氧化的地球化学环境 草原 栗钙土、灰钙土 荒漠、半荒漠 灰棕漠土、风沙土 荒漠、裸露荒漠 棕漠土、风沙土、盐土 高寒带 森林草甸 高草甸土 中性、碱性、弱碱性还原的地球化学环境 草原 高山草原土 荒漠 高山寒漠土 氧化的地球化学环境；碱性、弱碱性氧化的地球化学环境；酸性强氧化的水文地球化学环境。我国地球化学环境按地理纬度从北向南分为酸性、弱酸性还原的地球化学环境；中性氧化的地球化学环境带；碱性弱碱性氧化的地球化学环境带；酸性氧化的地球化学环境带；非地带性的地球化学环境带。 1．酸性、弱酸性还原的地球化学环境带 该环境中年降水量约为6001000 mm，蒸发较弱，水分相对充裕。气候寒冷而湿润，植被茂盛，腐殖质大量堆积，沼泽发育，泥炭堆积，多属还原环境。以灰化土，棕色森林土，草甸沼泽土，泥炭沼泽土等为主。土壤的潜育层发育，植物残体被细菌分解，产生大量的腐殖酸，土壤呈酸性，pH值为3.54.50酸性环境抑制好气性细菌的生长，故植物残体得不到彻底分解，长期处于半分解状态，多数元素被禁锢在植物残体中，导致环境中的矿质营养日趋贫乏。 2．中性氧化的地球化学环境带 该环境中热量较充分，年降水量为6001200mm，蒸发作用不强，地表径流通畅，潜水位较低。土壤湿度适中，为氧化环境。植被发育一般，而且植物残体分解较彻底，因此，腐殖质堆积较少。本区元素的淋溶作用不强，富集作用也不显著，无明显的过剩或不足的现象。天然水多为中性，pH值为7左右。 一般来说，该区人、畜的地方病很少，只有在山区和平原的局部地区有地方性甲状腺肿和龋齿流行。 3．碱性弱碱性氧化的地球化学环境带 该环境中气候干旱，年降水量为250400mm，或者更少；主要的土壤为灰钙土、栗钙土，在低洼处可见盐土和碱土。这种环境最显著的持点是元素富集、腐殖质贫乏。 由于降水不足，淋溶作用微弱。在土壤中Ca、Na、Mg、S、Cl、F、B、V、Zn、Cr、Cu、Mo、Ni、Se、As等元素大量富集。地表水和潜水多属碱性，pH值为810，在碱性介质中五价钒、六价铬、砷、硒等元素活性较大，易迁移，但淋溶微弱，蒸发强烈，上述元素最终仍富集于水土中。 在本环境的大部分地区，生物元素是过剩的，因而，常流行着某些地方病。例如，氟斑牙，氟骨症，硒中毒，痛风病钼过剩，或因环境中砷过剩而产生皮肤癌。在牲畜中也流行某些地方病，例如氟中毒、硒中毒、腹泻钼过剩、贫血铜过剩，或因硼过剩而患肠炎等等。 4．酸性氧化的地球化学环境带 该环境热量丰裕，水分充沛，年降水量为10003000mm，植被繁茂高大，元素的生物地球化学循环强烈；本区风化、淋溶作用均十分强烈。风化壳中的钙、钠、镁、钾、硫、锂、硼、碘等元素大量被淋洗流失。 在该环境中发育着典型的砖红壤和广泛分布的红壤，所含元素较少。由于盐基缺乏，土壤呈酸性，pH为3.55.0。水土和食物中碘异常缺乏，地力性甲状腺肿的分布十分广泛。因钠不足而影响人体的发育，常形成侏儒。在本区还流行着缺铁性的热带贫血症、心血管病。 5．非地带性的地球化学环境带 在自然界中某些局部的地球化学环境不受地理纬度分带的影响。如在湿润的森林景观带可出现高氟区和高硒区；而在干旱的荒漠景观中可以出现沼泽，造成局部的腐殖质堆积的环境。 非地带性的地球化学环境可分为以下两种类型，即元素富集的氧化的地球化学环境和腐殖质富集的还原的地球化学环境。例如在某些火山、温泉分布的地区可造成局部环境中S、Fe、Si、Se、As等元素的富集，在含氟的矿床周围氟高度富集，在某些煤系地层，凝灰岩地区和硫化矿床的氧化带会使Se高度富集，在多金属矿区或氧化带Cu、Pb、Zn、Cd、Hg等元素大量富集。在上述局部环境中因为某些元素的过剩，可导致人、畜的许多种地方病。 5.2 自然地质环境与地方病 一、 地方病 地方病是指具有严格的地方性区域特点的一类疾病。按病因可分为 （一）自然疫源性（生物源性） 病因为微生物和寄生虫，是一类传染性的地方病，包括鼠疫、布鲁鼠疫、布鲁氏菌病、乙型脑炎、森林脑炎、流行性出血热、钩端螺旋体病、血吸虫病、疟疾、黑热病、肺吸虫病、包虫病等。 （二）化学元素性（地球化学性） 病因为当地水或土壤中某种（些）元素或化合物过多、不足或比例失常，再通过食物和饮水作用于人体所产生的疾病。 1．元素缺乏性 如地方性甲状腺肿、地方性克汀病等。 2．元素中毒性（过多性）如地方性氟中毒、地方性砷中毒等。 二、 地氟病 地氟病又称地方性氟中毒，是在特定地区的环境中，包括水土和食物中氟元素含量过多，导致生活在该环境中的人群长期摄人过量氟而引起的慢性全身性疾病。地氟病在世界各大洲均有分布，在我国主要分布在贵州、陕西、甘肃、山西、山东、河北和东北等地。 1．环境中氟的来源 氟的天然来源有两个一是风化的矿物和岩石，二是火山喷发。因自然地理条件不同，土壤的含氟量差异较大。在湿润气候区的灰化土带，属于酸性的淋溶环境，有利于氟的迁移，土壤中氟含量较低。干旱和半干旱草原的黑钙土、栗钙土含氟量较高，在盐渍土和碱土中其含量更高。 2．地质地理分布 氟中毒病在世界的分布与地球化学环境密切相关，主要受岩石、地形、水文地球化学变化、土壤以及气候等因素的影响。 （1）火山活动区发病带火山爆发喷出的火山灰、火山气体等喷发物中含有大量氟，这些喷出物在火山门周围呈环状分布。生活在火山周围的居民多患氟斑牙病和氟中毒症。世界上一些著名的火山，如意大利的维苏威火山、那不勒斯火山、冰岛的火山区等，均有地方性氟中毒病发生。 （2）高氟岩石出露区和氟矿区发病带某些岩石如萤石、冰品石、白云岩、石灰岩，以及氟磷酸盐矿中含有丰富的氟，经过物理化学风化作用、淋溶作用和迁移转化等地球化学变化，使地表水和地下水中的氟含量增高。生活在该区的居民长期饮用高氟水，发生氟中毒。 （3）富氟温泉区发病带温度超过20℃的泉水能溶解多种矿物质，温泉水中含氟量一般比地表水高，而且随泉水温度增高氟含量不断增加。许多温泉区有氟中毒病发生。如西藏谢通门县卡嘎村温泉，水温60℃，水中氟含量达9.615mg/L，泉水周围三个村的居民患严重的氟中毒病。 （4）沿海富氟区发病带在海陆交接地带，长期受海水浸润，形成富盐的地理化学环境，海水命含量较高的氟也易于在此带富集；沿海地区由于大量开采地下水，导致海水入侵，不仅使土壤盐渍化、水井报废，也使地下水中氟含量增高，从而引起氟中毒病的发生。如中国的沧州、潍坊等地区，均有一定数量的氟斑牙和氟中毒病出现。 （5）干旱、半干旱富氟地区发病带干旱、半干旱气候干燥，降水量少，地表蒸发强烈。地下水流不畅，氟化物高度浓缩，形成富氟地带，是氟中毒病高发区。如在印度的许多地区，地面氟化物大量蓄积，地方性氟骨症患者高达100万人以上，称为世界“氟病大国”。由此可见，全球地方性氟中毒发病区分布相当广泛，约有30多个国家高发氟中毒病。中国各地均有程度不同的氟病流行。全国有762个县（族）有氟病发生，约占全国县（族）的1/3。主要分布在黑龙江、吉林、宁夏、内蒙古、陕西、河南、山东等省区。 三、 大骨节病 大骨节病是一种地方性变形性骨关节病。本病主要表现为骨关节增粗、畸形、强直、肌肉萎缩、运动障碍等。本病在各个年龄组都有发生，但多发于儿童和青少年，成人很少发病，无明显的性别差异。 1．地质地理分布 大骨节病的分布与地势、地形、气候有密切关系。在中国，大骨节病多分布于山区、半山区，海拔5001800 m之间。如中国东北地区，大骨节病多分布于山区、丘陵地带。以山谷低洼潮湿地区发病最重。在西北黄土高原地区，以沟壑地带发病较重；大骨节病区多为陆地性气候，暑期短，霜期长，昼夜温差大。 中国的大骨节病，从东北到西藏呈条带状分布。该病在中国分布广泛包括黑龙江、古林、辽宁、内蒙古、山西、北京、山东、河北、河南、陕西、甘肃、四川、青海、西藏、台湾等15个省市自治区。在俄罗斯的西伯利亚、朝鲜北部、瑞典、日本、越南等国也有此病发生。 2．大骨节病的环境地质类型 大骨节病分布广泛，横跨寒、温、热三大气候带，自然环境复杂多变。病区地质环境可划分为四种类型； （1）表生天然腐殖环境病区该类型区沼泽发育，腐殖质丰富，土壤多为棕色、暗棕色森林土、草甸沼泽土和沼泽土等。在本区，凡饮用沼泽甸水、沟水、渗泉水者大骨节病较重，而饮大河水、泉水、深井水者病情较轻或无病。， （2）沼泽相沉积环境病区该类型区主要分布于松辽平原、松嫩平原和三江平原的部分地区，多为半干旱草原和稀疏草原。本区地势低平，水流不畅，沼泽湖泊星罗棋布，有的已被疏干开垦。发病与否主要决定于水井穿过的地层。凡水井穿过湖沼相地层，多为发病区。 （3）黄土高原残塬沟壑病区该类型区黄土广布，侵蚀作用强烈，水土流失严重、形成残塬、沟壑、梁峁地形。群众多饮用窖水、沟水、渗泉水和渗井水。由于水质不良，大骨节病严重。而饮用基岩裂隙水、冲积或冲洪层潜水者病轻或无病。 （4）沙漠沼泽沉积环境病区该类型区属干旱半干旱沙漠自然景观，固定、半固定沙丘呈浑团状或垄岗状。多数地区干燥无水；少数地区为芦苇沼泽。底部有薄层草炭，沼泽呈茶色并且有铁锈的絮状胶体。群众凡饮用就地水井多患大骨节病。 四、 克山病 克山病又称地方性心肌病，是一种以心肌变性坏死为主要病理改变的原发性心脏病。1935年，我国黑龙江省克山县首先发现了大批急性病例，疾病的病因不清，故称“克山病”。其主要临床表现有心脏增大、急性或慢性心功能不全和各种类型的心律失常，急重病人可发生猝死。现已证实环境中硒缺乏与克山病发病的关系最为密切。克山病是一种分布较广的地方病，国内外都有发生，并具有地理地带性分布的特点。中国克山病发病区的分布与巨厚的中新生代陆相沉积岩系有关，同时与地形地貌也密切相关。在地理分布上表现为一条从东北到西南的斜长条带。 克山病病区的环境地质类型 中国病区，克山病类型可分为东北型、西北型和西南型三种。 （1）东北型其特点是克山病与大骨节病的分布和病情轻重基本平行。克山病患者又是大骨节病患者。它包括了大骨节病的表生天然腐殖环境和湖沼相沉积环境两种病区类型。病区多饮用富合腐殖酸的潜水和地表水。 （2）西北型以陕西渭北黄土高原、陇东黄土高原病区为代表。病村多饮用受有机污染的窑水、渗泉水和沟水。 （3）西南型属此类型的有云南高原病区、川东山地丘陵平坝病区。多饮用水田渗井水、沟水、坑塘水和涝池水。水质不良，有机污染严重。 这三种类型病区的共同特点是饮水中富含腐殖质。 五、 地方性甲状腺肿大 地方性甲状腺肿是指发生在某些地区的一种甲状腺疾病又称地甲病，是一种因环境缺碘或富碘所引起的地方病。 地质地理分布 甲状腺肿是一种流行较广泛的地方病。从全球看，碘缺乏病连续分布于北半球高纬度地带，包括欧洲、亚洲、美洲的北半部，略呈带状，此外，地甲病在非洲刚果河流域、南美的巴拉那河流域都有较大面积分布。全球碘缺乏病病区集中分布于世界上几个著名的巨大山脉地区，如亚洲的喜马拉雅山，延绵分布2400 km，其中尼泊尔是最重的病区，患病率高达90-100。在欧洲的阿尔卑斯山、高加索山脉和南美的安底斯山，地甲病也有广泛分布。另外，澳洲的新西兰岛、新几内亚岛、非洲的马达加斯加岛等地区，都有地甲病的流行。 中国是地甲病流行较严重的国家之一，广泛分布于山区和内陆，滨海地区较少。除上海市外，各省市自治区均有不同程度的流行。主要分布于东北的大小兴安岭，长白山；华北的内蒙古高原；西北的秦岭山脉，黄土高原，青藏高原，昆仑山脉，天山山脉；西南的喜马拉雅山脉，云贵高原；华东的武夷山；中南的大别山、伏牛山、恫柏山、太行山等地区。其分布的一般规律为从湿润地带到干旱地带，从内陆到沿海，从山岳到平原，因环境中碘的淋溶流失逐渐减弱，积累量趋于增加，使缺碘性地方性甲状腺肿的流行强度递减，最后消失；而高碘性地方性甲状腺肿则呈相反的递增趋势，在干旱和半干旱气候区及沿海地区发病率较高。 六、 癌症 地质地理分布 癌症在世界各地均有分布，但它有明显集中高发的现象。不同国家、地区的癌症死亡率相差10倍，乃至百倍。 食道癌的高发区主要位于东南非和中亚地区。如莫桑比克、南非、乌干达、伊朗、阿塞拜疆、乌兹别克斯坦和土库曼斯坦。中国食道癌的平均死亡率约为11/10万，但分布不均，总趋势是北方高于南方、内地高于沿海。 肝癌主要流行于低纬度地带，如东南非和东南亚地区。在欧洲、北美洲、大洋洲很少发生肝癌。非洲莫桑比克首都马普托肝癌死亡率最高，为146.6/l0万；挪威、芬兰等北欧国家最低，死亡率仅1.001.2/10万。中国肝癌平均死亡率约为10/10万，高发区位于广西、江苏、广东、福建、上海、浙江等沿海一些地区。形成一个明显而狭长的沿海肝癌病分布区。总体而言，肝癌发病率随着地理纬度的降低而增高。 胃癌主要分市在中、高纬度地带，如芬兰、荷兰、瑞典、英国、俄罗斯、日本、美国、加拿大等国的部分地区，低纬度带和赤道附近胃癌则较少发生。中国胃癌的平均死亡率约为15/10万，总的分布趋势是西北黄土高原和东部沿海各省较高。一般而言，胃癌发病率呈随着地理纬度的增高而增高的趋势。 七、 地方性砷中毒 地方性砷中毒是指由于长期饮用含高砷地下水，或暴露于燃用高砷煤，引起以皮肤色素沉着或脱失、掌跖角化等。皮肤改变为主要表现，同时伴有中枢神经系统、周围神经、血管、消化系统等多方面症状的全身性疾病。地方性砷中毒多为慢性中毒，是地方病中发现历史最短、了解最少的一种地方病。由于其危害不只限于摄入砷的一段时期，在中止摄入后，仍可持续较长时间，尤其砷可引起恶性肿瘤等，因此引起广泛关注。 1．地质地理分布 在许多国家都不同程度地存在地方性砷中毒事件，如智利、阿根廷、美国、加拿大、泰国、前苏联、匈牙利等，其中最严重的是孟加拉、印度和我国。据孟加拉官方透露，全国64个地区中有59个地区受到砷污染，其中有一半以上的地区被列为严重的砷污染区。据估计可能有占国家人口一半的5700万孟加拉人将受到砷污染的影响。 我国砷中毒区域主要为台湾、新疆、内蒙古、山西、贵州等省、市、自治区。台湾省砷中毒涉及台南县、嘉义县、台南市、云林县、屏东县、高雄县、高雄市等7县市56个乡镇；新疆淮噶尔病区西起艾比湖，东到玛纳斯河长约250公里地带；内蒙古–山西病区为一东西向带状分布区，仅在内蒙古地区，就涉及5个盟市、1个旗县、64个乡镇农场，东西长约1000余公里宽约10一40公里。 2．地方性砷中毒病因和分类 地方性砷中毒可分为饮水型和燃煤污染型。饮水型最常见，燃煤型仅见于我国的某些局部地方。 饮水型砷中毒由饮水引起的砷中毒是在20世纪20年代末才有所发现。早期最明显的由于饮天然含砷高地下水引起发病的典型例子为加拿大安大略省某农户发生的，因饮用庄园内高含砷井水，引起3胎新生儿和1名成人死亡的严重砷中毒，其砷含量高达10mg/l。此后，人们逐渐注意到一水砷引起的砷中毒。在所知的饮高砷水所致的砷中毒中，地下水，包括井水、泉水、温泉水较为多见。但有时地表水也有含较高砷的情况，如智利病区河水高达0.337-0.2mg/l，而一池塘水竟高达34．34mg/L。在这些砷中毒中，有相当一部分是人为污染水源所致。 生活燃煤污染型砷中毒燃煤污染型地方性砷中毒是地方性砷中毒的一种特殊类型。病区环境潮湿多雨，收割的粮食作物（主要为玉米与辣椒）必须在烘干后予以贮存。当地多采用煤火取暖、做饭及烘烤食物，所用炉灶为开放式炉灶。由于当地居民贫穷，多使用当地所产的劣质高砷煤做为燃料。在煤炭燃烧过程中，砷进入空气并沉积在食物上，当地居民长期使用这样的食物就引起了慢性砷中毒。燃煤污染型砷中毒和居民生活习惯及地产高砷煤两因素密切相关，此两项为病区存在的必备条件。因此，病区分布相对局限，目前主要分布在我国南方某些地区。其中比较明确的病区位于贵州省西部的兴仁、兴义、安龙、开阳、织金等县、市。 5.3 地质环境污染与人体健康 一、 环境污染类型及危害 根据环境污染所引起的人体中毒的程度以及病症显示的时间，可将环境污染对人体健康的影响分为急性危害、慢性危害和长期危害。从污染源的属性上来看，环境污染对人体健康的危害，可以分为三大类型物理性污染、化学性污染和生物性污染。 （一）物理性污染 物理性污染是指由物理因素引起的环境污染，如放射性辐射、电磁辐射、噪声、光污染等。 如在对我国白云鄂博钍矿开采利用过程中，排放含有放射性钍的废气、尾矿飞尘、废水和废渣，不但严重污染包头地区，而且成为黄河的主要污染源之一，已引起国家环保总局的高度重视。此外，在煤炭燃烧过程中，会把一些放射性的元素铀和钍富集在粉尘或飞灰之中，对环境产生放射性污染。 （二）化学性污染 当今世界上已有的化学物质达500万种之多，而且每年还不断的有数以万计的化学物质合成。据估计，进入人类环境的约有96000多种。化学污染问题已日趋严重，致使人类疾病的构成也发生了变化，过去以传染病为主的疾病，现在已被非传染性疾病，如心血管病、公害病、职业病等所代替。 化学性污染物根据化学组成，可将其分为无机污染物和有机污染物。化学污染物对人体危害的特点表现为低浓度长期效应、多因素联合作用、长期和潜在性的影响。造成化学性污染的原因有以下几种①某些地区矿物资源富集，在地球化学作用下，某些元素、化学物质自然迁移转化所造成的环境污染；②矿产资源在开发过程中所导致的环境污染。如在贵州出现的Hg、Tl等重金属污染；③矿产资源在利用过程中所导致的环境污染，如煤炭燃烧时排放的SO2所形成酸雨以及某些重金属富集在飞灰上，沉降在地面所导致的环境污染；④农业化学物质的广泛应用和使用不当，导致土壤中化学物质的污染；⑤工业的不合理排放所造成的环境污染。表5-2列出了几种主要化学性污染物对植物、动物和人体的危害。 表5-2 几种主要化学性污染物对植物、动物和人体的危害 污染物 对植物、人体和动物的危害 对植物的危害 对人和动物的危害 汞及其化合物 对植物的叶、茎、芽和花瓣均造成伤害 使鸟类繁殖功能下降，损害人体内酶和中枢神经系统的功能，使人患水俣病、肝炎和血尿等病。 铅及其化合物 影响光合作用蒸腾作用使农作物产量下降 损害肝脏和心脏，使发育迟缓，使头部、肌肉、关节、脾、骨髓和神经系统患病。 铬及其化合物 低浓度铬对植物生长有利，高浓度有害。 低浓度铬对动物和人生长发育有利，高浓度铬使鱼类死亡，使人患皮炎、湿疹、肠胃炎及癌症。 砷及其化合物 改变根系颜色使叶片枯萎，作物产量下降 破坏酶的功能引起神经系统和毛细血管发生器质性病变，使动物和人患癌 氟及其化合物 阻碍新陈代谢、破坏叶绿素和原生质。 使骨质疏松，新陈代谢紊乱，牙齿患病，使人易患肺气肿和气管炎等症。 氰化物 使植株干枯死亡。 使人和动物死亡 酚类 破坏植物细胞渗透性，抑制植物生长。 低浓度使人头痛、失眠、贫血、肝脏神经系统遭到破坏，高浓度使人和动物死亡。 农药 （有机氯、 有机磷类） 使植株卷叶、枯萎、矮化，果实脱落，种子发芽率降低。 有机氯类 抑制鱼卵黄形成，影响鸟类繁殖，使人肝肾受损，使人患贫血和癌症。 有机磷类 致畸致癌,导致死亡。 酸雨 抑制光合作用，使植株生长缓慢，叶片脱落。 水域酸度增大后影响水生生物生长发育，最终导致大部分甚至全部水生生物死亡 （三）生物性污染对人体健康的危害 生物性污染主要是由有害微生物及其毒素、寄生虫及其虫卵和昆虫等引起的。当人们一次大量摄入受污染的食品时，可引起急性中毒，即食物中毒，如细菌性食物中毒、农药食物中毒、霉菌毒素中毒等，此外食品化学添加剂的污染正逐渐受到人们的重视。 二、 环境污染物进入人体的途径及危害 对人体健康有影响的环境污染物主要来自工业生产过程中形成的废水、废气、废渣，包括城市垃圾等。 环境污染物进入人体的主要途径是呼吸道和消化道，也可经皮肤和其它途径进入。气态污染物一般是经过呼吸道进入人体的。由于呼吸道各个部位的结构不同，对污染物的吸收速率也不同。人体肺泡面积达90平方米，毒物由肺部吸收速度极快，仅次于静脉注射。进入肺泡的污染物直径一般不超过3μm，而直径大于10μm 的颗粒物质，大部分被粘附在呼吸道、气管和支气管粘膜上。水溶性较大的气态物质，如氯气、二氧化硫，往往被上呼吸道粘膜溶解而刺激上呼吸道，极少进入肺泡；而水溶性较小的气态毒物（如二氧化氮等），大部分能到达肺泡。污染物进入人体后，由血液输送到人体各组织。不同的有毒物质在人体各组织的分布状况不同。一般来说，重金属往往分布在人体的骨骼内，而“滴滴涕”等有机农药则往往分布在脂肪组织内。毒物长期隐藏在组织内，并能在组织内富集，造成机体的潜在危险。 除很少一部分水溶性强、相对分子质量极小的污染物可以排出体外，绝大部分都要经过某些酶的代谢或转化，从而改变其毒性，增强其水溶性而易于排泄。人体的肝、肾、胃肠等器官对污染物都有一定的生物转化作用。其中以肝脏最为重要。污染物在体内的代谢过程可分为两步，第一步是氧化还原和水解，这一代谢过程主要与混合功能氧化酶系有关；第二步是结合反应，一般经过一步或两步反应，原属活性的有毒物质就可能转化为惰性物质而起解毒作用。但也有增大活性的现象，如农药1605在体内氧化为1600，其毒性更大。 各种污染物在体内经生物转化后，经肾、消化管和呼吸道排出体外，少量经汗液、乳汁、唾液等各种分泌液排出，也有的通过皮肤的新陈代谢到达毛发而离开机体。 人体除了通过上述蓄积、代谢和排泄三种方式来改变污染物的毒性外，机体还有一系列的适应和耐受机制，但机体的耐受是很有限的，超过一定的限度，人体就会出现中毒症状，甚至死亡。 总的来说，不同的污染物对机体危害的临界浓度和临界时间都是不同的，只有当环境污染物在体内蓄积达到中毒阈值时，才会发生危害。 思考题 1. 微量有害元素在自然环境中的迁移转化途径和影响因素是什么 2. 环境有机污染物与人体的作用机理及其危害主要有哪些 本章讨论的主题及要求 主题自然地质环境中微量有毒有害元素的分布特征和赋存介质。 要求（1）课前请查阅相关资料，理清关于主题的知识内容体系； （2）请2位同学大体上介绍自己的认识，时间为10分钟； （3）围绕主题，由指导老师组织，结合同学报告开展讨论（用英语）。