环境地学和化学

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1、环环 境境 地地 学学环境海洋学是研究污染物在海洋中的分布、迁移、转化的规律，污染物对海洋生物和对人体的影响及其保护措施的科学。它是 50 年代以来随着海洋环境问题的发展而逐渐形成的一门新兴学科。进入海洋的废弃物无法排往他处，海洋水体连成一片，因此海洋污染具有广泛性和复杂性、扩散范围不易控制、污染持续性强等特点。环境海洋学研究的范围应是全球海洋，但重点在沿岸的海域、港湾、河口。研究的对象是海水、底质、海洋生物及在这三种介质中积蓄的污染物。环境海洋学主要研究海洋环境中物质通量的研究，即研究某种污染物在一定时间内通过各种途径排入海洋的量；污染物进入海洋后的迁移、转化规律的研究；海洋污染的生物学效应

2、研究，这是目前环境海洋学研究的核心；海洋污染防治措施的研究等。目前在环境海洋学中对海洋自净能力的研究是一个重要研究领域，低浓度的污染物长时间对海洋生态系统的影响也是一项重要研究内容。环境土壤学是环境科学与土壤学的交叉学科。它主要研究人类活动引起的土壤环境质量变化，以及这种变化对人体健康、社会经济、生态系统结构和功能的影响，探索调节、控制和改善土壤环境质量的途径和方法。环境土壤学的研究对象土壤-植物系统由土壤无机部分、土壤有机部分、植物三个亚系统组成。环境土壤学的核心是认识和掌握土壤-植物系统的污染和净化功能这一对矛盾的发生、发展、转化和统一的过程，以便采取必要的措施，使矛盾朝着有利于人类的方向

3、发展。环境土壤学研究的主要内容有：研究土壤背景值；研究土壤污染现状，进行综合评价和预测；研究土壤及其边界环境中污染物的迁移、转化和分布规律；定量研究人为污染因素对土壤特性的微观机理和宏观生态效应；研究土壤-植物系统对主要污染物的净化功能和作用机理，反应动力学及其环境条件；研究土壤环境质量基准、土壤环境标准、土壤环境容量等。环环 境境 地地 质质 学学环境地质学是研究人类活动和地质环境相互作用的学科，它是地质学的一个分支，也是环境地学的组成部分。20 世纪 50 年代以来，由于工业污染成为严重的环境问题，影响到人类健康和生态平衡。因而大批地质学家投入了环境问题的研究。世界一些国家纷纷建立环境地质

4、研究机构，出版书刊。从学科的发展来看，到 70 年代中期，环境地质学已发展成为一门比较完整、独立的新学科。环境地质学的研究内容包括自然和人为引起的环境地质问题，但也有人从狭义的地质环境概念出发，把问题局限于岩石圈。人类历史上最早出现的环境问题，如火山爆发、地震、山崩、泥石流等都是地质因素引起的。对于这些环境问题，人类至今还无法控制和准确预测，因此预测和防治地质因素造成的环境影响 ，是环境地质学研究的内容之一。地壳表面的化学元素，在成岩作用和风化侵蚀过程中形成了不均匀分布。生态系统中循环的物质和流动的能量都同地质环境有密切关系。地质体系中化学元素的丰度和赋有状态必然影响动、植物和人类的生存与发展

5、 。一个地区某种元素严重不足或过剩，就有可能引起地方病。如某些地区由于缺碘或多碘引起居民患地方性甲状腺肿，高氟地区引起地方性氟中毒。中国的克山病和大骨节病也与环境地质条件有关。研究地质环境与人类健康的关系，也是环境地质学的内容之一。人类赖以生存的地质环境是经过亿万年演化而形成的。在这一环境中，地质体系的各部分之间、地质体系与生态系统之间已形成一种动态平衡的关系。产业革命以来，特别是第二次世界大战以后，由于人口剧增，科学技术迅猛发展，人类活动已变成干预和改变自然体系的强大营力。环境地质学的一个重要任务就是研究人类活动所引起的环境地质问题，这其中主要包括：化学污染引起的环境地质问题：现代工业和农业

6、的飞跃发展，废弃物的排放和农药化肥的施用，把大量有害化学物质散布到地质环境中，逐渐改变地球表面的化学组成，生态平衡的物质基础便遭到破坏。这一方面直接危害人类的生存和健康，如出现公害病；另一方面还引起自然环境不可逆转的变化，如大气中二氧化碳浓度的增高，臭氧层被破坏等问题。污染物在地质环境中的迁移、转化、积累、净化的过程，十分复杂，研究这种过程是环境地质学的基本任务之一。大型工程和资源开发引起的环境地质问题：大型工程建设和资源开发活动，使地貌不断发生变化，如大矿坑出现，山头被削平，废石堆积如山，水系改变， 海岸线被侵蚀等。这样就留下一些难以处置的环境问题，如露天矿开采后的生态恢复问题，河流大坝和水

7、库建成后的综合性生态影响问题等。预防工程建设对环境的不良影响，也是环境地质学的基本任务。城市化引起的环境地质问题：由于人口的高度集中，能源和材料的大量消耗，废弃物的大量排放，大型和高层楼房的建设而引起的城市环境地质问题有：水资源(特别是地下水)的勘探、开发、利用和保护的问题，地下水硬度升高的防治问题，地质环境的容量问题地面沉降的防治问题，同城市工程建设有关的工程地质问题等。这些问题都同城市建设和发展、同城市人民的生活息息相关。也是环境地质学的研究内容。研究这些问题可为新城市的合理规划和旧城市的改造提供科学依据。环境地质学的研究方法通过对化学物质在环境中的迁移转化规律的研究，以及对矿物组成和结构

8、特征的研究，探索地质环境的变化。如水土流失现象与风化过程相关，而风化速率又同组成岩石的矿物性质和外部水热条件有关，通过对矿物成分和物理化学性质的测定和研究，可以评价风化作用的进程。又如克山病、氟中毒等疾病的地区分布与某些环境地质因素相关，研究这种特定区域地质环境中化学元素的丰度及其在各个生态环节中的运动规律，有利于揭示人体健康与地质环境间的内在联系，以及这些地方病的病因。再如，通过对工业污染物的追踪研究，可以发现污染物由于地表水的灌溉经过土层渗入地下水的途径。此外，评价大气颗粒物对环境质量的影响时，也要应用矿物学的方法，即不仅要考虑它们的浓度，而且要研究它们粒径的分散度、形态特征、矿物和化学组

9、分特征。在环境地质学的研究中，为了确定各种环境要素之间的关系，综合分析影响环境质量的地球内力、地表外力和人类活动三种营力之间的相互作用统一宏观研究与微观研究的结果，必须应用现代数学原理和计算方法。如设计研究工作的程序，检验样品和数据的代表性，分析数据资料的相关性，进行环境质量的综合评价，建立环境地质或环境地球化学模型，预测地质环境的演化趋势，拟定环境控制的最佳方案等都需要应用系统分析方法。地质环境问题具有空间性、动态性和综合性。分析和表示环境地质问题，图上作业是一种理和计算方法。如设计研究工作的程序，检验样品和数据的代表性，分析数据资料的相关性，进行环境质量的综合评价，建立环境地质或环境地球化

10、学模型，预测地质环境的演化趋势，拟定环境控制的最佳方案等都需要应用系统分析方法。地质环境问题具有空间性、动态性和综合性。分析和表示环境地质问题，图上作业是一种有效的方法。环境地质图不仅能表示出某一时刻的环境状态，而且能表示出随时间流逝所发生的系统变化。因此在环境地质图中，除了应用各种地质图件的颜色和线条等制图语言外，还要有数字和数学符号。这些数字和数学符号同一定的环境数学模式相关联，因而可使图件与电子计算机联用，形成动态环境地质图。一套完整的区域环境地质图包括环境地质单要素图、环境质量综合评价图、环境演化趋势图、环境区划图、环境规划图等。为解决人类环境问题而发展起来的环境地质学在基础理论和研究

11、方法上带有地学、生态学、物理学和化学等学科相互渗透、融合的特色。但环境地质学仍然是以地质学作为学科基础的。环环 境境 土土 壤壤 学学环境土壤学是研究人类活动引起的土壤环境质量变化，以及这种变化对人体健康、社会经济、生态系统结构和功能的影响，探索调节、控制和改善土壤环境质量的途径和方法。土壤是环境要素之一。从生产的角度看，土壤能为绿色植物提供肥力(水分和养料)；从保护环境的角度看，土壤具有同化和代谢进入土壤中的污染物的能力，因而是人类不可缺少的自然资源。环境土壤学是环境问题出现以后在土壤学基础上发展起来的新兴学科，是环境地学的一个分支。土壤同绿色植物有着密切的相互依存的关系。因此从广义上说，环

12、境土壤学研究的对象应当是土壤植物系统。这个系统由土壤的无机部分、土壤的有机部分、植物三个亚系统组成。土壤-植物系统是生物圈的基本结构单元，是联系城乡生态系统的纽带，也是沟通植物和动物的桥梁。这个系统具有把太阳能转化为生物化学能贮存起来的特殊功能。但是它如果受到污染，尤其是污染负荷超过它的容量，它的生物生产力就会下降，甚至全部丧失。而且土壤中的污染物还会扩散到大气和水体中，进入植物体，通过食物链危害人群的生命和健康。土壤-植物系统中的有机体密度最高，生命活动最旺盛。因而它对污染物具有很强的净化能力。它可以通过一系列的物理、化学和生物学过程，如吸收、吸附、离子交换、络合-整合、氧化还原、沉淀、转化

13、和降解等作用，净化进入土壤中的污染物。环境土壤学的核心就是认识和掌握土壤一植物系统的污染和净化功能这一对矛盾的发生、发展、转化和统一的过程，以便采取必要的对策和措施，使矛盾朝着有利于人类的方向发展。环境土壤学在研究方法上主要有下列特点：综合运用环境地学和环境生物学的研究方法。环境土壤学研究涉及生态系统中的能量流动和物质循环及其环境效应，因此在实验手段方面，近来越来越多地运用微宇宙方法，采用土壤植物系统开放式渗漏器抽汲式渗漏器和受控环境污染模拟实验系统。宏观研究和微观研究的结合。环境土壤学的研究工作中经常要在局部、区域，甚至全球范围内通过野外布点采样，或采用遥感、遥测等手段，取得大量资料信息和分

14、析数据用宏观的数理统计方法去掌握污染物在土壤中分布、迁移的时空规律，计算土壤环境对某些污染物的容量；同时，也要深入研究污染物在土壤环境中反应过程的微观机理，从宏观研究和微观研究的结合上去探索解决问题的途径。应用环境分析化学的测试技术。土壤环境质量研究需要对土壤、植物中的大量元素、微量和超微量元素以及具有复杂分子结构的有机物进行分析测定，最低检出限要求达到 ppb 或 ppt数量级。此外，需要分析的样品数量大，时空观念强，因此，要求有灵敏准确、自动连续的测试手段。建立数学模式。土壤一植物系统的污染及其生态效应的发生过程具有隐蔽性、长期性和不易恢复性的特点。土壤的形成和进化要经历很长的年代，但可以

15、因人为污染毁于一旦，因此土壤污染的防治对策，应当特别重视预防为主的方针。要求从污染源的调查，污染物的定性、定量分析开始，结合其他变化条件，将土壤一植物系统及其边界环境中污染物的迁移、归宿的物理化学过程，转化为数学模式和电子计算机语言程序，以便预测土壤环境中某些主要参数的变化趋势为制定环境保护政策和优选技术方案提供科学依据。环境土壤学的基本内容保护土壤资源，提高土壤-植物系统的生产能力，充分利用土壤-植物系统对污染物的净化能力，是环境土壤学研究的基本目的。它的主要研究内容包括：研究土壤背景值。其方法是，积累原始性和基础性资料，建立土壤环境背景资料数据库，以保证研究资料的准确性、可比性、系统性和完

16、整性。研究土壤环境污染现状，进行综合评价，并根据国民经济发展的需要以及可能采取的环境保护措施，对土壤环境质量作出科学的预测。研究土壤及其边界环境中污染物特别是主要污染物的迁移、转化和分布规律，弄清它们的来源和归宿。定量研究人为污染因素(物理的、化学的和生物学的)对土壤物理、化学、生物学特性的微观机理和宏观生态效应。研究土壤-植物系统污染的生态效应和卫生学评价，进行流行病学的统计相关分析和因果关系定量分析。如土壤及其边界环境污染对资源利用、生物生产力和生态效应的影响评价。研究土壤-植物系统对主要污染物的净化功能和作用机理、反应动力学及其环境条件，为发展城市污水的土地处理系统提供科学依据。建立土壤及其边界环境中污染物迁移、转化规律的生物物理化学行为数学模式，并通过实践不断加以修改和完善。在严格的环境土壤学实验基础上，参考各种环境质量基准值，研究土壤环境标准。综合污染源、污染物类型、污染方式、污染途径、土壤类型及其分布的地貌条件、地球化学特征、气候和水文条件等因素，计算土壤的环境容量，确定表述土壤环境容量的数学模式，为实行土壤污染的总量控制土壤环境容量的数学模式，为实行土壤污染的总量