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1、环境水文地质学,讲课提纲 上篇 原生环境水文地质 一、原生环境水文地质研究现状 二、 国内外对原生水文地质的研究现状 三、原生水文地质的研究内容和意义 四、环境生命元素与健康 五、微量元素的生物学效应 六、地质环境与健康,一、原生环境水文地质研究现状,1、我国古代对原生水文地质的认识 水土环境与健康： 管子指出：“济之水其水清白，其人坚劲，寡有高强，终无湾醒”引自(地员篇)；唐代李吉甫曰：“菊水出县石涧山，其夯多菊，水极甘馨，谷中百余户不复穿井，仰饮此水，皆寿百余岁”；李时珍在本草纲目中也指出：“南阳之潭，渐于菊，其人长寿”。 李时珍本草纲目的水部集中有这样一段记载：“水者，坎之象也。上则为雨
2、露霜雪，下则为江河泉井。流止寒温，气之所钟既异，甘谈咸苦，味之所以不同，是从昔人分别九州水土，以辨人之美恶寿天。盖水为万化之源，土为万物之母。饮资于水，食资于土。饮食者，人之命脉也，而营卫赖之。故曰：水去则营竭，谷去则已亡。然则水之性味尤慎疾卫生者之所当潜心也。”,对环境水质的选择: 关于地下水的埋藏、分布和运动特征在古代已有较细致的观察研究。宋人座禹曾指出： “黄潦之泉，色浊而味薄，或近或远必有积池，泄而出流行也，本于下湿之浸灌，清列之泉，色温而味厚，或近或远必有天池，通达而流行也。”此段说明泉水水质的好与坏和补给来源，渗透途径有关。,对矿泉水的研究与利用: 我国是开发利用矿泉最早的国家。汉
3、朝张衡的“温泉赋”算是最早的记载了，在温泉碑上刻行“有疾病兮，温泉浊焉，以流秽今，嶷除苛气。”此赋采用了诗经的风格，其意是有疾病就到温泉去林浴，可以洗掉污秽，除去邪气。水经注云：“大融石山温汤疗治百病。”在本草纲目中关于庐山的温泉有这样的记载：“庐山温泉有四孔，四手皆温暖可以熟鸡蛋，方土每教患有疥癣、风癞、杨梅疮着饱食入池，久浴后出汗，以旬日自愈也。”,二、 国内外对原生水文地质的研究现状,1、理论性研究 公元前四世纪古希腊名医海帕克莱蒂斯(Hippoarates)在他所著的关于空气、水及土壤一书中指出，环境因素对人类的健康有重要的影响，他论述了环境与疾病的关系。直到17世纪，关于这万面的研究
4、有了新的进展，在欧洲诞生了一门新的环境科学医学地理学。 Chatin证实了地方性甲状腺肿与水土中缺碘有关。1916年，Black Mckay发现斑釉齿与饮水中含氟过量有关。1939年Shortt在印度的马德拉斯印发现氟骨症。随后关于环境与健康的研究就愈来愈多了。,（1）景观学派,医学地理学可视为景观学派的先驱。不过当时主要是研究气温、湿度、高程、辐射等物理因素对人类健康的影响，而且是一些定性的描述性的研究。由于化学测试手段的不断完善，AAIpMropMeM(1935)开拓了化学地理的新领域。对人体健康的研究从物理因素角度转变为化学因素。,(2)周期律学派,这个学派的共同特点是侧重于研究生物必需
5、元素的周期变化规律。研究原子的性质、结构及其与生物体之间的关系。 早在1933年以前，BHBcphajiknn就考虑到元素在生物圈丰度的周期变化规律。他还提出了生物地球化学理论的设想。而这一切为他的学生AH.Bnhorpahob所实现。1934年他发现了生物圈元素丰度的周期变化规律。1934年，撤西尔(Thther)也注意到了生物必需元素的周期现象。斯坦伯格(Stcinberg，1938)研究了生物必需元素与原子结构间的相关性。肖(WHBShaw，1960)从生物、地质、化学的角度研究了生物地球化学的元素周期律。1965年HASchroeder出版了微量元素与人一书。他研究了生物元素的周期律，
6、研究了地球化学环境、化学元素与生物进化的关系，还讨论了微量元素与健康的问题。,2、专题性研究,大骨节病的研究 脑溢血病的研究 心血管病的研究 癌症的研究 其它疾病的研究,三、原生水文地质的研究内容和意义,原生环境水文地质学是研究水文地质环境与人类健康关系的学科 主要内容： (1)元素迁移的水文地质条件; (2)控制种类地方病的水文地质因素； (3)改水防病的综合措施。,目前已知至少有35种元素，它们存在人体中的不足或过剩后含导致生物地球化学地方病或中毒性疾病，这些元素按原子序数排列如下：Li、Be、B、N、F、Na、Mg、Si、P、S、K、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Z
7、n、As、Sc、Br、Sr、Mo、Cd、Sb、I、Ba、Hg、Tl、Pb、Ra、U。,环境中化学因子的异常可导致人类患多种地方病或地方性疾病。它们涉及到人体的各个部位： 如1心血管系统；2脑血管系统；3内分泌系统4神经系统；5消化系绽；6骨齿系统；7生殖功能；8结缔组织；9细胞组织；10其它部位。,归纳起来，原生环境水文地质研究的内容可包括以下几个方面： (1)从环境生态学的角度研究天然水的循环条件和分布规律。 (2)研究天然水中元素的来源、迁移、富集和分布规律。特则是对那些生命必需元素和有毒元素要进行重点研究。 (3)研究天然水及各类水体中有机质的组成、来源、迁移、聚集的规律及其对无机元素的
8、影响。 (4)研究人群中各种地方病和异常生理状态的分布现律及其与水土环境的关系，找出最相关的因素，紧密配合医学部门进行病因研究和实验性预防。 (5)进行生态环境质量评价，探索健康饮水水质标准，为病区人民找出优质水源，制订出生态环境综合开发、利用及治理的规划。合理利用森林、草场和水土资源，进行总体现划以保持生态环境的良性循环。,四、元素与健康关系的研究,相关性 根据英国地球化学家E汉尔密等人研究发现 人体组织中的元素本质与地壳元素 除原本质主要成分(C、H、O、N)和岩石的主要成分Si外,人体某种元素与标准本度曲线显示明显的相关性. 若人体中某些元素与标准曲线明显偏高即可能与其具体生活环境的特异
9、性密切相关. 选择吸收性 某些元素在人体各组织中的分布具有明显的选择性： 脾 Cd、Sa、Ba、,Al 肾Bi、 Pb、 Cd、 Se、 Si 肝Pb、 I、 Sm、 Se、 As 、Zn、 Cu 肺Sb、 Sn 、Se、 Cr、 Al 淋巴结 U、 Tb、 Sb 、Mn、 Al、 Li 眼球 Ge 如果地质环境里某种或某些元素过度或缺乏,则可能导致器产生病变。,1、元素含量,人体内的化学元素,即生命元素,依其在体内的含量多少,可分为宏量元素和微量元素两类。宏量元素包括C、H、O、N、S、P、Na、K、Ca、Mg、Cl等11种,占人体总量的99.95,它们构成人体中的主要组分,是生命机体不可缺
10、少的元素,从元素周期表中的排位来看，均为原子序数20号以前的轻元素。微量元素包括Fe、Cu、Zn、Mn、Co、Cr、Mo、V、F、Ni、I、Se、As、Pb、Sn、Al、Ba、B、Hg、Si、Cd、Sr、Li、Tl、Ge及稀土元素等多种，因它们每一种元素在人体内含量低于人体体重的万分之一，故称为微量元素。,2、 微量元素的生物学效应,微量元素的营养价值及毒性 (1)参与构成酶和酶的激活剂 酶是一切生命现象及生化反应的物质基础，离开了酶，许多生化反应将无法进行，生命也就不复存在。在人体内已发现近千种酶，其中5070的酶都需要微量元素参与，或由微量元素组成酶的激活剂。 (2)构成机体内重要的载体和
11、电子传递系统 如铁参与血红蛋白和肌红蛋白的合成，在氧的运输和贮存上起重要作用。 (3)参与激素及其辅助因素的合成 如某些微量元素是激素和维生素的成分或重要活性部分(如合成甲状腺激素的碘，维生素B12中的钴)，一旦缺少这些元素，机体内就不能合成这些激素或维生素。,(4)调控自由基水平 微量元素铜、锌、锰、铁和硒等构成的酶类，通过不向机理和方式阻止自由基的生成，减弱脂质过氧化反应以及加速对自由基和脂质过氧化物的清除，这一过程有赖于调控自由基水平。 (5)对机体营养和生长发育的作用 每种微量元素都具有特殊的营养价值及生理作用，其供应不足时会影响身体健康和末成年人的生长发育。已发现碘、硅、锌、钼等对机
12、体的正常发育非常重要。 (6)对机体免疫功能的作用 微量元素在肌体的免疫方面也发挥着重要的作用，足量的微量元素是维持机体正常免疫功能的必要条件。如铁、锌、铜、硒等缺乏可使肌体免疫功能明显受损，使抗体生成细胞数明显减少，抗体生成能力减弱，抵御微生物侵袭的能力降低，使发病率和死亡率增加。此外,一些污染元素如铅、铝、汞、砷等都可明显损害肌体的免疫功能。,必需元素：B, F, Si, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni,Cu, Zn, As Se, M,I 必需: 若缺乏 _人体结构生理异常 _ 病变 疾病 伯特兰德定律 半数至死浓度： Ld50毒物的急性毒性括标之一,有毒物质以不同的浓度重呼
13、吸道吸入经一定时间后造成5%的实验动物死亡的浓度,元素存在状态及组合的致病影响,价态:元素阳离子低价态的毒性小于高价态CR3+CR6+ 元素阴离子PO43-PO32- 组合的致病影响 颉颃作用 共轭对 CU-MO 协毒作用:HGCI 无机汞毒性小.HGCOOH而甲基汞毒性大.,其他致病因素,除了环境中的物质成分和元素影响人体健康之外,还和人所处的生活条件、劳动条件、饮食习惯有关。 最重要的是微量元素对人体的影响，无论是原生还是次生在致病方面没有过明显的界限。,六、地质环境与健康,1、 地形地貌与健康 地形地貌与健康研究的先驱者当属英国医生A.Hariland。他通过研究英格兰和威尔士胃癌死亡率
14、的分布与地貌的关系发现，在分水岭高地，河流的上游地带胃癌死亡率明显低于河流的中下游河谷，特别是在河漫滩和超河漫滩地带，这种差异性愈明显。 我国学者林年丰通过调查研究也得出相似的结论，指出大骨节病与地形地貌的关系尤其明显，往往仅一山之隔，一河之隔，一沟之隔，山上山下，坡上坡下，沟头沟口，人群中大骨节病检出率高低差别悬殊，甚至出现“健康岛”或“病岛”。,2、地层和岩性,岩层:特定的化学组分， 如灰岩地区土壤具有磷、钾异常， 磷酸盐地区钒、钾异常，蛇纹岩地区镍、铜异常， 滨海平原缺少许多易溶元素等。 大骨节病的分布与株罗纪海相地层(砂岩、页岩)分布相吻合，而与其相邻的灰岩地区则没有发现大骨节病； 地
15、方性甲状腺肿与岩性的关系也十份明显，在扎伊尔北部的花岗岩、石英岩地区甲状腺肿检出率显著高于南部红色玄武岩地区；以前寒武纪的花岗岩、变质岩为主的北欧， 心血管病的死亡率显著高于以中、新生代的砂、页岩为主的南欧； 我国学者方鸿慈先生提出含油地层和酸性火成岩控制克山病和大骨节病的分布说。,3、土壤与健康,在原生环境中，元素的来源，除了来自火山喷发，深层水的越流、或浅层水排泄外，主要来自各种岩石风化释放的后生地球化学过程，其中风化壳和土壤的形成过程对岩石中元素的再分配起重要作用。 风化阶段：机械破碎阶段、富钙化阶段、富硅铝阶段、富铝化阶段。 土壤对人类健康的影响,主要是通过谷物来实现的。土壤类型不同,
16、谷物中微量元素的含量就有较大的差异。 美国缺碘的土壤地区,地方性甲状腺肿发病率就较高；而富硒土壤地区，人体易患肠胃病和肝功能异常；富铝的土壤,人类易患神经系统疾病和结缔组织增生症。然而， 土壤中微量元素变化受许多因素影响，其中最为密切的是与水溶性微量元素含量和淋滤程度。,4、地质结构与健康,控制火山（局部环境中富集大量B、F、SE、S、AS、SI）岩浆岩、火成岩的分布，控制着各种元素的成矿富集。间接控制岩石和矿床影响范围内相应元素的非地带性的分布规律，区域深大断裂控制地热场异常展布。 沉降带：海洋封成水，元素富集； 隆起带：地表水强烈交替稀释，造成微量元素贫乏。,5、水文地质与健康,某些生物地球化学性疾病区分布于一定的区域水文地质单元内，它们明显受地下水的类型、埋藏条件、径流条件及含水层岩性等控制; 如我国克山病及大骨节病的分布，按某一区域水文地质单元来讲，常常处于补给区和径流区的过渡带及排泄不畅地段。,环境中元素迁移的水化学条件 水化学条件：PH、EH、酸碱介质对元素迁移的影响。
