第九章 地质环境与人体健康.ppt

第一节表生环境地球化学特征,一、地壳中的元素岩石圈是地球的固体外壳，它是由岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类岩石构成的。地表环境中由于裸露的岩石类型不同，因此构成了不同地带环境中元素背景的差异性。在整个地球演化过程中，上述三大类岩石类型在各种动力地质作用下，不断地形成和转化。它们的化学成分是构成岩石圈的基本岩石成分，也是自然环境中岩石化学成分的本底含量。,,第一节表生环境地球化学特征,一、地壳中的元素地壳中的元素含量是指在地壳形成和演化过程中，不同地壳部位和地质体中元素的平均含量。它是地球圈层分异演化的结果。通常将地壳中元素的平均含量称为丰度值，即“克拉克值”。地壳中的元素尤其在地表环境条件下的元素绝大多数以化合物形式存在，只有极少数以原子结合成单质形式存在。元素之间相互结合成化合物，除了受外界环境中的物理化学条件影响外，还取决于原子本身的结构和性质。,第一节表生环境地球化学特征,一、地壳中的元素自然环境中元素的存在形式主要有独立矿物、类质同像混入物、胶体吸附、有机化合物和络合物等。它们都是元素的共生组合形式。人类在地球上出现以后，人类活动对地表环境化学演化产生越来越明显的影响。人类活动的大量废弃物排放到岩石圈表面，进入水、生物和大气系统，参与环境中的各种化学反应，可能改变局部的或全球的环境化学性质。,第一节表生环境地球化学特征,二、表生环境中元素的迁移转化（一）表生环境中元素迁移的特点元素在地表环境中的迁移与在地壳内部的迁移显然是不相同的，因为地表环境与地壳内部的环境条件不同。元素的迁移特点除受自然地理条件影响外，还明显地受人类地球化学活动的影响。⑴地表环境是地球内部能量释放与太阳辐射能量作用的交织带由于太阳辐射能量占优势，控制着地表环境呈明显的周期性、地带性和地区性变化，因而地表环境中元素的迁移过程亦具有周期性、地带性和地区性变化特点。,第一节表生环境地球化学特征,二、表生环境中元素的迁移转化（一）表生环境中元素迁移的特点⑵地表环境中水是较强的天然溶解剂水在大气圈和岩石圈上部进行着不断的溶解循环，出现以淋滤与淀积为主的化学元素的水迁移过程。人类活动对水资源的开发利用，更加剧了元素在地表环境中的迁移作用。⑶地球表面是生物的生存环境各种生命体活动对元素的吸收（或摄入）与分解（排泄）造成元素的生物小循环。,第一节表生环境地球化学特征,二、表生环境中元素的迁移转化（一）表生环境中元素迁移的特点⑷地球表面的地质与地貌条件不同由于地球表面地质、地貌条件的不同，使地表环境的物理化学条件如氧化还原、酸碱度、氧化还原电位等也有所不同，元素在迁移过程中发生再分配和重新组合的地质地理迁移循环。⑸地表环境是人类生存与活动的地方人类活动影响元素的迁移过程，在局部地区可能改变元素的迁移环境，引起某些元素和化合物的浓集。,第一节表生环境地球化学特征,二、表生环境中元素的迁移转化（一）表生环境中元素迁移的特点（二）地表环境中元素的迁移类型地表环境中元素的迁移包含元素空间位置的移动以及存在形态的转化两层意思，前者指元素从一地迁移到另一地；后者则指元素在空间迁移过程中从一种形态转化为另一种形态。地表环境中的元素迁移需要借助某种介质进行。介质不同，其迁移类型亦不同。,第一节表生环境地球化学特征,二、表生环境中元素的迁移转化（一）表生环境中元素迁移的特点（二）地表环境中元素的迁移类型⒈按介质类型划分⑴空气迁移空气迁移是指元素以气态分子、挥发性化合物和气溶胶等形式在空气中进行的迁移。属于空气迁移的化学元素有O、H、N、C、I等。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才出现的一种形式。⑵水迁移水迁移是指元素在水溶液中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发生迁移运动。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。,第一节表生环境地球化学特征,二、表生环境中元素的迁移转化（一）表生环境中元素迁移的特点（二）地表环境中元素的迁移类型⒈按介质类型划分⑶生物迁移土壤、水、肥料或农药中的元素通过生物体的吸收、代谢和生物本身的生长发育以至死亡等过程实现的迁移，属于生物迁移。这是一种非常复杂的元素迁移形式，不同的生物种或同一生物种不同的生长期对元素的吸收、迁移均有差异或不同。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。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、NH3、CH4）形式进行迁移；在另外情况下则呈离子态（如SO42-、CO32-、NH4和NO3-等）随水进行迁移。,第一节表生环境地球化学特征,二、表生环境中元素的迁移转化（一）表生环境中元素迁移的特点（二）地表环境中元素的迁移类型⒈按介质类型划分⒉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。⑴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、气体的机械迁移和重力机械迁移等。⑵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，在地表环境中通过物理化学作用所进行的迁移。⑶生物迁移通过生物体而发生的元素迁移。,第一节表生环境地球化学特征,二、表生环境中元素的迁移转化（一）表生环境中元素迁移的特点（二）地表环境中元素的迁移类型（三）元素的性质及其迁移强度地壳中绝大多数元素呈化合物状态，所以在讨论地壳中元素迁移问题时，应注意元素化学键的特性。化学键分为离子键和共价键两种基本类型。一般来说离子键型矿物比共价键型矿物更易溶解，所以也更易迁移。电负性差别大的元素键合时，多形成离子键型化合物，易溶于水，迁移性好，如NaCl。电负性相近的元素键合时，多形成共价键型化合物，如CuS、FeS2等，它们不易溶于水，迁移性不好。,第一节表生环境地球化学特征,二、表生环境中元素的迁移转化（一）表生环境中元素迁移的特点（二）地表环境中元素的迁移类型（三）元素的性质及其迁移强度同一元素其化合价不同，迁移能力也不同。低价元素的化合物其迁移能力大于高价元素的化合物。例如Fe2＞Fe3，Cr3＞Cr6，Mn2＞Mn4，S2＞S6等。原子半径或离子半径是元素重要的地球化学特性。它影响土壤对阳离子的吸附能力。土壤对同价阳离子的吸附能力随离子半径增大而增大。,第一节表生环境地球化学特征,二、表生环境中元素的迁移转化（四）影响地表环境中元素迁移的外在因素⒈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。土壤酸度可分为活性酸度与潜性酸度两类。活性酸度为土壤溶液中游离的氢离子形成的酸度，用pH值来表示；潜性酸度为吸附于土壤胶体上的氢离子所形成的酸度，包括代换性酸（用pH表示）和水解性酸（用mol/g表示）。,第一节表生环境地球化学特征,二、表生环境中元素的迁移转化（四）影响地表环境中元素迁移的外在因素⒈环境的pH值活性酸度和潜性酸度是一个平衡系统的两个方面，二者处于动态平衡之中。一般情况下，潜性酸度远远大于活性酸度。土壤的酸度主要来源于土壤溶液中各种有机酸类（如草酸、丁酸、柠檬酸、乙酸等）和无机酸类（如碳酸、磷酸、硅酸等）。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。,第一节表生环境地球化学特征,二、表生环境中元素的迁移转化（四）影响地表环境中元素迁移的外在因素⒈环境的pH值⒉氧化还原电位（Eh）环境中的氧化还原条件对元素的迁移具有一定的影响。一些元素在氧化环境中可进行强烈迁移，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。,第一节表生环境地球化学特征,二、表生环境中元素的迁移转化（四）影响地表环境中元素迁移的外在因素⒈环境的pH值⒉氧化还原电位（Eh）⒊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。络合物的稳定性对重金属的迁移能力也有影响。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。,第一节表生环境地球化学特征,二、表生环境中元素的迁移转化（四）影响地表环境中元素迁移的外在因素⒈环境的pH值⒉氧化还原电位（Eh）⒊络合作用⒋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。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、Al、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，并以络合物形式迁移；在腐殖质缺乏时，它们便形成难溶物而沉淀。,第一节表生环境地球化学特征,二、表生环境中元素的迁移转化（四）影响地表环境中元素迁移的外在因素⒈环境的pH值⒉氧化还原电位（Eh）⒊络合作用⒋腐殖质⒌胶体吸附与元素迁移胶体使元素迁移的作用主要发生在气候湿润地区，这里的天然水呈酸性，且有机质丰富，有利于胶体的形成。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，有机质很少，不利于胶体的形成，因而由胶体使元素迁移的可能性极小。,第一节表生环境地球化学特征,（四）影响地表环境中元素迁移的外在因素⒍气候条件气候条件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。⑴直接影响地表环境中化学元素的迁移形式主要是在水介质中发生的物理化学迁移，而气候变化的主要因素是降水量和热量。降水量的多少和干燥程度以及温度的高低，对化学元素的迁移有重大影响。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，水的淋溶作用微弱，各种地球化学作用的强度较弱，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、Ph、Zn、As、Se、B等元素为最显著。,第一节表生环境地球化学特征,（四）影响地表环境中元素迁移的外在因素⒍气候条件气候条件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。⑴直接影响⑵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，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。,第一节表生环境地球化学特征,（四）影响地表环境中元素迁移的外在因素⒍气候条件⒎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。坚硬的岩石难以侵蚀风化；质地软弱的岩石易于风化侵蚀，其中元素随淋失作用、搬运作用而迁移。地形地貌条件对元素的迁移影响十分明显，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。,第一节表生环境地球化学特征,三、表生环境地球化学的地带性特征地球上的气候、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、土壤等呈现明显的地带性分布规律，表现为纬度地带性、经度地带性和垂直地带性。元素的化学活动与水、温度、生物、土壤等因素密切相关。因此，表生地球化学环境也具有地带性规律，它与气候、植被、土壤的地带性基本一致。地球化学环境按地理纬度从北向南可分为酸性、弱酸性还原的地球化学环境；中性氧化的地球化学环境；碱性、弱碱性氧化地球化学环境；酸性氧化的地球化学环境。,第一节表生环境地球化学特征,三、表生环境地球化学的地带性特征（一）酸性、弱酸性还原的地球化学环境带本带气候较为寒冷、湿润，年降水量约为600～1000mm，蒸发微弱，水分相对充裕，植被茂盛，土壤湿度大，腐殖质大量堆积，透气性不良，多属于还原环境。在地表水、潜水中含有大量腐殖酸，土壤呈酸性反应，pH值多为3.5～4.5。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，环境中的化学元素缺乏。,第一节表生环境地球化学特征,三、表生环境地球化学的地带性特征（一）酸性、弱酸性还原的地球化学环境带（二）中性氧化的地球化学环境带本带热量较充分，年降水量为600～1200mm，蒸发作用不强，地表水通畅，潜水位较低，土壤湿度适中，透水性较好，多为氧化环境。植被不十分发育，而且植物残体分解较彻底，很少有腐殖质堆积。本区元素的淋溶作用不强，富集作用亦不显著，无明显的过剩或不足的现象。天然水多为中性，pH值在7左右；矿化度为500㎎/L左右，水质一般较好。本带所属范围较广，包括森林草原景观和与其相邻的草原景观和森林景观。在中国，本带的特点是天然植被几乎砍伐殆尽，取而代之的是大面积的农田和局部的次生林。,第一节表生环境地球化学特征,三、表生环境地球化学的地带性特征（一）酸性、弱酸性还原的地球化学环境带（二）中性氧化的地球化学环境带（三）碱性、弱碱性氧化的地球化学环境带本带气候干旱，年降水量为250～400mm，或更少；热量充足，蒸发强烈，水分不足，地表水系不发育，潜水位很低，土壤的透气性良好，为氧化环境。本带属于干旱、半干旱草原，包括部分沙漠区，植被稀少，且残体被彻底分解，腐殖质贫乏。地表水、潜水多属碱性，pH值为8～10，矿化度，500～1000㎎/L甚至更高，在碱性介质中，V5、Cr6、As5等元素活性较大，易迁移。但由于淋溶作用微弱，蒸发强烈，上述元素仍富集于该环境中的水土和生物体中。在本环境中的大部分地区，生物元素是过剩的。因而，流行某些地方病。如氟斑牙、氟中毒，有时还出现砷中毒、硒中毒，或因环境中As过剩而产生皮肤癌。,第一节表生环境地球化学特征,三、表生环境地球化学的地带性特征（一）酸性、弱酸性还原的地球化学环境带（二）中性氧化的地球化学环境带（三）碱性、弱碱性氧化的地球化学环境带（四）酸性氧化的地球化学环境带本带热量丰富，水分充沛，年降水量为1000～3000mm左右，植被发育，元素的生物地球化学循环强烈，风化、淋溶作用也十分强烈。风化壳中的Ca、Na、Mg、K、Se、Mo、Cu、S、Li、Rb、Cs、Sr、B、I等元素大量地淋溶流失，而残留的Fe2O3、Al2O3和SiO2形成红色的风化壳。在本区发育着典型的砖红壤和广泛分布的红壤，局部为黄壤。由于碱土元素缺乏，土壤呈酸性，pH值为3.5～5，地表水和潜水多为酸性软水，pH值小于6。本区属于热带、亚热带雨林景观，大致分布于赤道南北30。以内的范围内。水土和食物中碘异常缺乏，地方性甲状腺肿的分布十分广泛。因钠不足以致影响人体发育，而出现矮小症。,第一节表生环境地球化学特征,三、表生环境地球化学的地带性特征（一）酸性、弱酸性还原的地球化学环境带（二）中性氧化的地球化学环境带（三）碱性、弱碱性氧化的地球化学环境带（四）酸性氧化的地球化学环境带（五）非地带性的地球化学环境在自然界中，某些局部地球化学环境不受地理纬度分带的影响。例如，在湿润的森林景观带可以出现高氟区、高硒区；而在干旱的荒漠景观中可以出现沼泽，造成局部腐殖质堆积的环境。非地带性的地球化学环境主要可分为两种类型，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、温泉分布区可造成局部环境水和土中S、F、Si、Se、As等元素的富集。,第一节表生环境地球化学特征,三、表生环境地球化学的地带性特征（一）酸性、弱酸性还原的地球化学环境带（二）中性氧化的地球化学环境带（三）碱性、弱碱性氧化的地球化学环境带（四）酸性氧化的地球化学环境带（五）非地带性的地球化学环境在某些煤系地层、凝灰岩分布区和硫化矿床的氧化带，Se高度富集。在某些多金属矿区或金属矿床的氧化带，水土中富集Cu、Pb、Zn、Mo、Cd、Hg等元素。在上述环境中因某些元素的过剩，可导致人类和牲畜的许多地方性中毒性疾病。非地带性的腐殖质富集的地球化学环境以沙漠中的沼泽最为典型。例如，在毛乌素沙漠、昭乌达盟等地的沙漠区，有许多小范围的沙丘间的沼泽，有的沼泽底部堆积有薄层草炭，有机质含量高。,第一节表生环境地球化学特征,四、人类活动对原生地球化学环境的影响大气圈、水圈和生物圈参与地表化学环境的演化。人类是生物圈的重要组成部分，人类活动对地表化学环境产生越来越明显的影响。20世纪以来，伴随人口的增加和社会经济的发展，各种生产和生活活动向地表环境中排放大量化学元素或化合物，与原生地球化学环境叠加，并参与环境中的各种化学反应，使地表地球化学环境演化更加复杂。人类活动对地球化学环境最明显的影响是环境污染。其中最重要的是工业、农药和化肥对水、大气、土壤等环境和生物的污染。多种化学元素或化合物通过食物链作用，在人体中产生积累，严重影响人体健康。目前，人类活动对地球化学环境产生的最主要、最常见的污染是有毒化学元素和农药污染。这两种污染通过食物链，对人体健康产生严重危害。,第二节原生环境地球化学异常与人体健康,地质环境是由地壳、空气、水等所组成的，也称原生环境。人类在其长期进化中，在利用和改造自然环境的同时受到环境的制约，并最终适应了环境。在人类活动影响下，特别是当人类向环境中排放有毒有害废弃物时，会改变原生地球化学环境，形成环境污染。环境污染物反过来又作用于人体，使人类健康受到危害。,第二节原生环境地球化学异常与人体健康,一、地球化学元素与人体健康⒈人体中元素含量与地质环境中元素的相关性人体中各种元素组成的平均丰度与地壳岩石中的平均丰度具有一定的相关性。20世纪70年代初，英国地球化学家汉密尔顿做了一个科学实验，他调查了220名英国人血液中60种化学元素的含量。同时测定了地壳中各相应元素的含量，用含量均值的对数绘制了元素相关图。除了人体原生质中的主要成分碳、氢、氧、氮和地壳中的主要成分硅以外，其他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。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。,第二节原生环境地球化学异常与人体健康,一、地球化学元素与人体健康⒈人体中元素含量与地质环境中元素的相关性⒉微量元素的生理功能摄入人体中的各种微量元素，有属于人体必需的，没有它们人就无法生存或不能保持健康状况，如氟、锌、钴、溴、铜、钒、硒、锰、碘、镍、钼、铬等；有些元素对人体不起生理功能作用，如锆、铷、铌、铝、硼、金、银、钛等；有些元素对人体则具有毒害作用，如砷、镉、汞、铅、锑、铊及稀土金属等。人体对各种微量元素的需求量取决于年龄、生理条件、环境条件及遗传因素等。人体内的微量元素虽然甚少，但在生物化学过程中却起关键性的作用，它们作为酶、激素、维生素、核酸的成分，维持生命的代谢过程。,第二节原生环境地球化学异常与人体健康,一、地球化学元素与人体健康⒈人体中元素含量与地质环境中元素的相关性⒉微量元素的生理功能微量元素的重要生理功能表现在①在酶系统中起特异的活化中心作用酶是一种大而复杂的蛋白质结构，它的作用在于强化生化作用。几千种已知的酶中，大多数含有一个或几个金属原子。失去金属元素，酶的活力就丧失或下降；获得金属元素，酶的活力就恢复。②在激素和维生素中起特异生理作用如甲状腺激素中缺少碘原子，就失去效用，人体就会得甲状腺肿大病。,第二节原生环境地球化学异常与人体健康,一、地球化学元素与人体健康⒈人体中元素含量与地质环境中元素的相关性⒉微量元素的生理功能微量元素的重要生理功能表现在③输送宏量元素的作用如血红素中的铁是氧的携带者，它把氧带到每个组织、器官的细胞中去，供应代谢的需要。④微量元素在体液内与钾、钠、钙、镁等离子协同作用可起调节渗透压、离子平衡和体液酸碱度，以保持人体的正常生理功能。,第二节原生环境地球化学异常与人体健康,一、地球化学元素与人体健康二、人体对环境致病因素的反应与地方病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，但是，人类具有调节自己的生理功能来适应不断变化着的环境的能力。这种适应环境变化的正常生理调节功能，是人类长期发展过程中形成的。如果环境的异常变化超出人类正常生理调节的限度，则可能引起人体某些功能和结构发生异常，甚至造成病理性的变化。这种能使人体发生病理变化的环境因素，称为环境致病因素。人类的疾病多数是由生物的、物理的、化学的致病因素所引起。有毒气体、重金属、农药、化肥以及其他有机及无机化合物属于化学性因素；细菌、病菌、虫卵等属于生物性因素；噪声、振动、放射性物质的辐射作用、冷却水造成的热污染等则为物理性因素。这些因素和反应达到一定程度，都可以成为致病因素。在环境致病因素中环境污染又占最重要的位置。,第二节原生环境地球化学异常与人体健康,一、地球化学元素与人体健康二、人体对环境致病因素的反应与地方病疾病是机体在致病因素作用下，功能、代谢及形态上发生病理变化的一个过程。人体对致病因素引起的损害有一定的代谢能力。当代偿过程相对较强时，机体还能保持相对的稳定，暂不出现疾病的临床症状，如果致病因素停止作用，机体便向恢复健康的方向发展；如果致病因素继续作用，代偿功能发生障碍，机体则以病理变化的形式反应，表现出各种疾病所特有的临床症状。,第二节原生环境地球化学异常与人体健康,一、地球化学元素与人体健康二、人体对环境致病因素的反应与地方病疾病的发生、发展与地球化学环境之间有着不可分割的联系。许多疾病往往反映出强烈的区域性特征，而不同时期、不同区域都表现出一定的疾病类型。由于区域生态环境中元素异常造成特定环境的特有的地方病，即原生性地方病。“地方病”与各地的地理位置、地形、地质、水文、气候及居民生活习性等条件的不同所导致的。一般的规律是在元素受到强烈淋溶的寒温带地区、元素缺乏的沙土地区或元素难以释放的沼泽地区，容易发生元素缺乏症，相反，在元素浓集的干旱地区和火山喷发区，又容易发生元素中毒性疾病。最常见的地球化学性地方病主要有甲状腺肿、氟中毒、克山病、大骨节病等。,第二节原生环境地球化学异常与人体健康,一、地球化学元素与人体健康二、人体对环境致病因素的反应与地方病三、地方性甲状腺肿甲状腺肿，又称地甲病，是一种因环境缺碘或富碘所引起的地方病。⒈地质地理分布甲状腺肿是一种流行较广泛的地方病。地理特征上，集中分布于世界几大著名的山脉，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；中国是世界甲状腺肿流行较严重的国家之一，广泛分布于山区和内陆，如长白山、大兴安岭、小兴安岭、燕山、太行山、吕梁山、秦岭、川东和川西山区、云贵高原、青藏高原以及天山山脉、昆仑山山脉等。,第二节原生环境地球化学异常与人体健康,一、地球化学元素与人体健康二、人体对环境致病因素的反应与地方病三、地方性甲状腺肿甲状腺肿，又称地甲病，是一种因环境缺碘或富碘所引起的地方病。⒈地质地理分布⒉碘的地球化学环境原生碘存在于地壳岩石中或通过火山直接喷出地表。碘是一种极活跃的组分，在地表环境极易氧化，常以分子状态或化合物的形式存在。在地球化学演化过程中，碘单向集中在地表大气圈、水圈和生物圈中。但碘也有相对富集和贫乏的环境。在极地、高山地区少，洼地、滨海地区多；在湿润淋溶地区少，在干旱地区多；在花岗岩、石英岩中少，在玄武岩、海相页岩中多；在灰化土、沙土中少，在沼泽土、腐殖土、黑钙土、盐渍土中多。,第二节原生环境地球化学异常与人体健康,一、地球化学元素与人体健康二、人体对环境致病因素的反应与地方病三、地方性甲状腺肿⒈地质地理分布⒉碘的地球化学环境⒊碘的生物化学作用碘是人体的必需微量元素，它在人体内含量甚微，但功能却很大。人体的含碘量约为30～50㎎，但是在30g重的甲状腺内就聚集了10㎎。碘在甲状腺内合成为甲状腺素，每个甲状腺素分子内必定有4个碘原子。因此，人体内缺碘就不能合成甲状腺素，就会导致甲状腺组织代偿性增生，颈部显现结节状隆起，即甲状腺肿大。,第二节原生环境地球化学异常与人体健康,一、地球化学元素与人体健康二、人体对环境致病因素的反应与地方病三、地方性甲状腺肿⒈地质地理分布⒉碘的地球化学环境⒊碘的生物化学作用⒋甲状腺肿流行的影响因素甲状腺肿的致病原因比较复杂。引发该病的因素有地质地理、土壤、水、食品和生活卫生条件等。绝大多数甲状腺肿是因缺碘而引起的。,第二节原生环境地球化学异常与人体健康,一、地球化学元素与人体健康二、人体对环境致病因素的反应与地方病三、地方性甲状腺肿四、地方性氟中毒地方性氟中毒，亦称“地方性氟病”。它是因长期饮用高氟水或食用高氟食物而引起的一种慢性中毒性地方病。⒈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。⑴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，这些喷出物在火山口周围呈环状分布。生活在火山周围的居民多患氟斑牙病和氟中毒症。,第二节原生环境地球化学异常与人体健康,一、地球化学元素与人体健康二、人体对环境致病因素的反应与地方病三、地方性甲状腺肿四、地方性氟中毒⒈地质地理分布⑵高氟岩石出露区和氟矿区发病带某些岩石如萤石、冰晶石、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。⑶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,第二节原生环境地球化学异常与人体健康,一、地球化学元素与人体健康二、人体对环境致病因素的反应与地方病三、地方性甲状腺肿四、地方性氟中毒⒈地质地理分布⑷沿海富氟区发病带在海陆交替地带，长期受海水浸润，形成富盐的地理化学环境，海水中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。⑸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。,第二节原生环境地球化学异常与人体健康,四、地方性氟中毒⒈地质地理分布⒉氟的地球化学环境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。⒊氟病与饮水氟是一种重要的生物必需元素。在人体的各部位都有它的踪迹。但是，80～85的氟都集中于骨、齿中。氟是构成骨、齿的重要元素。正常人体内含氟约2.6g，其中90集中在骨骼与牙齿中。每人每天的正常需氟量为1㎎左右，如果每天进入体内的氟超过4㎎，氟就在体内蓄积，时间长了就发生氟中毒。轻者为“斑釉病”，重者为“氟骨症”。严重的氟病患者肌肉萎缩，脊柱弯曲，四肢变形甚至瘫痪。,第二节原生环境地球化学异常与人体健康,五、大骨节病⒈地质地理分布⒉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⑴表生天然腐殖环境病区沼泽发育，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。⑵沼泽相沉积环境病区主要分布于松辽平原、松嫩平原和三江平原的部分地区，主要为半干旱草原和稀疏草原。⑶黄土高原残塬沟壑病区黄土广布，因侵蚀作用强烈，水土流失严重，形成残塬、沟壑、梁峁地形。⑷沙漠沼泽沉积环境病区属干旱、半干旱沙漠自然景观，固定、半固定沙丘呈浑圆状或垄岗状。,第二节原生环境地球化学异常与人体健康,五、大骨节病⒈地质地理分布⒉大骨节病的环境地质类型⒊大骨节病的病因及防治大骨节病至今病因未明，多年来国内外学者提出很多学说，如生物地球化学说、食物性真菌中毒说、综合生态效应说等，其中以生物地球化学说研究最多。防治大骨节病的根本原则是设法消除致病因子，积极调节和改善环境因子。,第二节原生环境地球化学异常与人体健康,五、大骨节病⒈地质地理分布⒉大骨节病的环境地质类型⒊大骨节病的病因及防治大骨节病至今病因未明，多年来国内外学者提出很多学说，如生物地球化学说、食物性真菌中毒说、综合生态效应说等，其中以生物地球化学说研究最多。防治大骨节病的根本原则是设法消除致病因子，积极调节和改善环境因子。,第二节原生环境地球化学异常与人体健康,六、克山病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。⒈克山病病区的环境地质类型纵观中国病区，克山病可分为东北型、西北型和西南型三种类型。⑴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。病区多饮用富含腐殖酸的潜水和地表水。⑵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。⑶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。病村多饮用水田渗井水、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。,第二节原生环境地球化学异常与人体健康,六、克山病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。⒈克山病病区的环境地质类型⒉克山病的病因及防治克山病的生物地球化学研究最多，并取得了较大的进展。据林年丰等对腐殖酸进行的系统化验研究表明，克山病与饮水中腐殖酸过量有关。克山病的防治主要是通过改水（或换水）阻截致病因子进入人体；同时，还应注意加强营养，控制各种条件因子。在Se含量低的环境中，增加人体对Se的摄入量可起到防病治病的作用。,第二节原生环境地球化学异常与人体健康,七、癌症癌是一种顽症，对人类生命的威胁很大，占所有疾病死因的第二位，仅次于心脏病。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。⒈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。食道癌的高发区主要位于东南非和中亚地区，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。食道癌的高发区环境特征是气候干旱、水源缺乏、土壤盐渍化程度较高；地表及地下水的矿化度均较高，水质属于硫酸盐重碳酸盐水或硫酸盐氯化物水，水中As、Se、Mo、V、Cr、B、Ni、I、F等元素富集。,第二节原生环境地球化学异常与人体健康,七、癌症⒈癌症的分布特征肝癌主要流行于低纬度地带，如东南非和东南亚地区。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、浙江等沿海地区。肝癌高发区多为水源缺乏的干旱、半干旱的环境，或者是饮水水质不良的沿海湿热气候地带。胃癌主要分布在中、高纬度地带，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。,第二节原生环境地球化学异常与人体健康,七、癌症⒈癌症的分布特征⒉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。如南非的食道癌高发区多为玄武岩层分布区；中国山西某地的食道癌可能与无烟煤的分布有关；河南的食道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。,第三节环境污染对人体健康的影响,环境的任何污染，都会直接或间接地影响人体健康。影响的大小取决于环境污染的程度、污染持续时间和人体的耐受限度。根据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影响、慢性影响和远期影响三种类型。急性影响主要表现为急性或亚急性中毒事件。如1983年4月，中国湖北省江陵县农药厂排放含砷废水，严重污染附近的饮用水源，致使1046名工人和农民患急性砷中毒，中毒者恶心、呕吐、四肢无力，眼睑浮肿，许多人还出现咳血、吐血和便血等症状。此种影响往往后果严重，很容易引起人们的注意。如震惊世界的1952年伦敦烟雾事件及1984年12月印度博帕尔毒气泄漏事故，均造成数千人死亡。,第三节环境污染对人体健康的影响,当污染物浓度较低，长期作用于人体时，可以产生慢性中毒。由于慢性中毒潜伏期长，病情进展不明显，很容易被人忽视，而一旦出现症状时，往往产生不可挽救的后果。环境污染对人体健康的远期影响只是慢性影响的一种特殊情况，它的危害结果显示时间可能更长。大多数远期影响具有致癌、致畸胎的性质，故危害较大。一、环境污染物的迁移转化规律环境污染物根据其物质属性可分为三类一是化学性污染物，它是环境中的主要污染物，对人体健康威胁最大、影响最广，常见的有各种有害气体、有毒重金属及各种农药、石油化工厂污染物；二是生物污染物，为各种病原微生物及寄生虫卵等；三是物理性污染物，常指噪声、电磁辐射等。,第三节环境污染对人体健康的影响,二、化学污染对人体健康的危害当今世界上已有的化学物质达5百万种之多，而且每年还不断的有数以千计的化学物质合成。据估计，进入人类环境的约有96000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谱，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。化学污染物按其形态可分为气体污染物、液体污染物和固体污染物；根据化学组成，又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、远期和潜在性的影响。影响化学污染物侵入机体的因素一是污染物的溶解性，二是污染物的渗透性。,第三节环境污染对人体健康的影响,三、生物性污染对人体健康的危害所谓生物性污染主要是指寄生虫卵、细菌立克次体、病毒等病原体，随着粪例、痰、飞沫等排泄物排入环境后，污染空气、土壤、水源等。其危害是造成寄生虫病和某些传染病的流行。寄生虫有很多种，如蛔虫、钩虫、血吸虫等。它们均在肠道排卵，一条雌蛔虫可排出20万个虫卵。虫卵随粪排出体外，如不经无害化处理就用做肥料施用，就会造成土壤污染和水体污染。寄生虫卵侵入人体的途径一般分两类一类是经口侵入，例如，当环境条件适宜时，在湿润的土壤中，当温度达到25℃左右时，蛔虫卵便孵化成为具有感染性虫卵。这种虫卵粘附在瓜果、蔬菜或手上，当生吃没洗干净的瓜果蔬菜或饭前不洗手就吃食物时，虫卵便经口侵入体内。另一类是经皮肤侵入体内的。,思考题,1、表生环境中元素迁移的特点2、影响地表环境中元素迁移的外在因素3、微量元素的生理功能4、各种地方病的地理分布。,