第二章 有机污染物的环境地球化学循环2
地球化学与地球化学循环
地球化学与地球化学循环地球化学是研究地球及其各种构成物质的科学。
地球上的各种元素分布和相互作用，以及它们与地壳、海洋、大气等环境的关系都属于地球化学的范畴。
地球化学循环则是指地球上各种元素与物质在地壳、大气、水体以及生物圈之间相互转化、迁移和循环的过程。
一、地球化学循环的概述地球化学循环是指地球上各种元素和环境之间的相互作用和循环的过程。
它包括岩石圈、大气圈、水圈和生物圈在地球表面上的相互作用。
这些物质在地球不同圈层之间的转移和循环被称为地球化学循环。
地球化学循环可以分为有机地球化学循环和无机地球化学循环。
有机地球化学循环主要指碳、氧、氮、硫等元素在生物圈中的循环过程，包括植物光合作用、动物呼吸作用、微生物分解作用等。
无机地球化学循环则主要指含有金属元素的矿石的形成、水体中溶解物的循环、岩石圈中元素的迁移等过程。
二、地球化学循环的重要性地球化学循环对地球的生态系统和人类社会都有重要的影响。
首先，地球化学循环是维持生态系统平衡和物质循环的重要机制。
它调节了各种元素和化学物质的稳定性和流动性，保持了地球上各种生物和非生物因素之间的动态平衡。
其次，地球化学循环对气候变化和环境污染的影响不可忽视。
大气中的气态元素和化学物质的循环直接影响到大气组成的稳定性以及气候变化的趋势。
水体中溶解物的循环则直接关系到水质的清洁与否，对生物圈和人类的健康产生重要影响。
最后，地球化学循环还对矿产资源的形成和分布有一定的影响。
矿石中的金属元素在地球化学循环中经历了岩浆、热液和沉积等作用，形成了多种矿石矿床。
这些矿产资源对于支撑现代社会的发展具有重要的经济和战略价值。
三、地球化学循环的主要过程地球化学循环包括很多复杂而繁琐的过程，下面列举其中几个主要过程。
首先是生物地球化学循环，主要涉及碳、氮、硫等元素在生物圈中的转化和循环。
植物通过光合作用吸收二氧化碳，释放氧气，参与了碳的循环；微生物参与了氮的固氮和氮的释放；硫的循环则与微生物的硫微生物循环等有关。
《环境化学》(第二版)(戴树桂)知识点总结和部分课后习题答案(可编辑)
环境化学第一章绪论1环境环境是指与某一中心事物有关相适应的周围客观事物的总和中心事物是指被研究的对象对人类社会而言环境就是影响人类生存和发展的物质能量社会自然因素的总和1972年联合国在瑞典斯德哥尔摩召开了人类环境会议通过了《人类环境宣言》2构成环境的四个自然圈层包括土壤岩石圈大气圈和水圈3为保护人类生存环境联合国将每年的4月22定位世界地球日 6月5日定位世界环境日4环境保护的主要对象是由于人类生产生活活动所引起的次生环境问题主要包括环境污染和生态破环两个方面5环境问题全球环境或区域环境中出现不利于人类生存和发展的各种现象称为环境问题原生环境问题自然力引发也称第一类环境问题火山喷发地震洪灾等次生环境问题人类生产生活引起生态破坏和环境污染反过来危及人类生存和发展的现象也称第二类环境问题目前的环境问题一般都是次生环境问题生态破坏人类活动直接作用于自然生态系统造成生态系统的生产能力显著减少和结构显著该变如草原退化物种灭绝水土流失等当今世界上最引人注目的几个环境问题温室效应臭氧空洞酸雨等是由大气污染所引起的6环境污染由于人为因素使环境的构成状态发生变化环境素质下降从而扰乱和破坏了生态系统和人们的正常生活和生产条件造成环境污染的因素有物理化学和生物的三个方面其中化学物质引起的约占8090环境污染物定义进入环境后使环境的正常组成和性质发生直接或间接有害于人类的变化的物质称为环境污染物污染物的性质和环境化学行为取决于它们的化学结构和在环境中的存在状态五十年代日本出现的痛痛病是由镉Cd 污染水体后引起的五十年代日本出现的水俣病是由 Hg 污染水体后引起的重要污染物1 元素CrHgAsPbCl2 无机物CONOxSO2KCN3 有机化合物和烃类烷烃饱和芳香烃苯环不饱和非芳香烃不饱和不带苯环多环芳烃4 金属有机和准金属有机化合物四乙基铅三丁基锡5 含氧有机化合物环氧乙烷醚醇醛酮酚有机酸等6 有机氮化合物胺腈硝基苯三硝基苯TNT7 有机卤化物氯仿四氯化碳PCBs氯代二恶英氯代苯酚8 有机硫化合物硫醇类甲硫醇硫酸二甲酯9 有机磷化合物有机磷农药磷酸二甲酯磷酸三乙酯按受污染物影响的环境要素可分为大气污染物水体污染物土壤污染物等按污染物的形态可分为气体污染物液体污染物和固体废物按污染物的性质可分为化学污染物物理污染物和生物污染物优先控制污染物概念基于有毒化学物的毒性自然降解的可能性及在水体中出现的概率等因素从多种有机物中筛选出的优先控制物7认识过程 20世纪60年代人们只把环境问题作为污染来看待没有认识到生态破坏的问题 20世纪70年代 1972年联合国瑞典斯德哥尔摩人类环境会议将环境污染和生态破坏提升到同一高度看待20世纪80年代 1987年由挪威首相布伦特兰夫人组建的联合国世界环境与发展委员会发表了《我们共同的未来》20世纪90年代 1992年巴西里约热内卢联合国环境与发展大会强调和正式确立了可持续发展的思想并形成了当代的环境保护的主导意识8自然过程或人类的生产和生活活动会对环境造成污染和破坏从而导致环境系统的结构和功能发生变化称为环境效应分为自然环境效应和人为环境效应按环境变化的性质划分1环境物理效应由物理作用引起的环境效应即为环境物理效应2环境化学效应在各种环境因素影响下物质间发生化学反应产生的环境效应即为环境化学效应3环境生物效应环境因素变化导致生态系统变异而产生的后果即为环境生物效应9污染物的迁移污染物在环境中所发生的空间位移及其所引起的富集分散和消失的过程迁移有机械迁移物理－化学迁移生物迁移污染物转化是指污染物在环境中通过物理化学或生物作用导致存在形态或化学结构转变的过程污染物质在环境中的三大转化途径为化学转化光化学转化和生物转化10环境化学研究特点1以微观研究宏观从原子分子水平研究宏观环境圈层中环境现象和变化机制2研究对象复杂既有人为来源的也有天然来源的处于环境开放体系内多种环境因素同时相互作用其研究需要多学科的结合3物质水平低mgkg ppm10-6 ugkg ppb10-911根据环境化学的任务内容和特点以及发展动向你认为怎样才能学好环境化学这门课环境化学是一门研究有害化学物质在环境介质中的存在化学特征行为和效应及其控制的化学原理和方法的科学环境化学以化学物质在环境中出现而引起环境问题为研究对象以解决环境问题为目标的一门新型科学其内容主要涉及有害物质在环境介质中存在的浓度水平和形态潜在有害物质的来源他们在个别环境介质中和不同介质间的环境化学行为有害物质对环境和生态系统以及人体健康产生效用的机制和风险性有害物质已造成影响的缓解和消除以及防止产生危害的方法和途径环境化学的特点是要从微观的原子分子水平上来研究宏观的环境现象与变化的化学机制及其防治途径其核心是研究化学污染物在环境中的化学转化和效应目前国界上较为重视元素尤其是碳氮硫和磷的生物地球化学循环及其相互偶合的研究重视化学品安全评价臭氧层破坏气候变暖等全球变化问题当前我国优先考虑的环境问题中与环境化学密切相关的是以有机物污染为主的水质污染以大气颗粒物和二氧化硫为主的城市空气污染工业有毒有害废物和城市垃圾对水题和土壤的污染第二章大气环境化学1大气成分按浓度分成三大类1主要成分浓度在1以上量级包括氮 N2 氧O2 和氩 Ar 2微量成分也称次要成分浓度在1ppmv到1之间包括二氧化碳CO2水汽 H2O 甲烷 CH4 氦 He 氖 Ne 氪 Kr 等3痕量成分浓度在1ppmv以下主要有氢 H2 臭氧 O3 氙 Xe 一氧化二氮 N2O 氧化氮 NO 二氧化氮 NO2 氨气 NH3 二氧化硫 SO2 一氧化碳 CO 以及气溶胶等等此外还有一些大气中本来没有的纯属人为产生的污染成分它们目前在大气中的浓度多为pptv的量级如氟氯烃类化合物常记为CFCs 等2大气层的结构对流层平流层中间层热层逸散层对流层特性由于对流层大气的重要热源来自于地面长波辐射因此离地面越近气温越高离地面越远气温则越低在对流层中高度每增加100m3逆温由于过程的不同可分为近地面的逆温自由大气逆温近地面的逆温辐射逆温平流逆温融雪逆温地形逆温自由大气逆温乱流逆温下沉逆温锋面逆温逆温的危害在对流层中由于低层空气受热不均能够使气体发生垂直对流运动致使对流层上下空气发生交换通过垂直对流运动污染源排放的污染物能够被输送到远方并由于分散作用而使污染物浓度降低逆温现象经常发生在较低气层中这时气层稳定性特强对于大气中垂直运动的发展起着阻碍作用对大气垂直流动形成巨大障碍地面气流不易上升使地面污染源排放出来的污染物难以借气流上升而扩散4气团的稳定性与密度层结和温度层结两个因素有关5大气污染源自然因素火山喷发排放出SO2H2SCO2COHF及火山灰等颗粒物森林火灾排放出COCO2SO2NO2自然尘风砂土壤尘海浪飞沫颗粒物主要为硫酸盐与亚硫酸盐人为因素工厂企业废气排放交通运输飞机机动车轮船尾气燃油燃煤农村炉灶农业活动农药喷洒6大气中有哪些重要污染物及分类定义大气污染物是指由于人类的活动或是自然过程所直接排入大气或在大气中新转化生成的对人或环境产生有害影响的物质城市中影响健康的主要大气污染物是二氧化硫及进一步氧化产物三氧化硫硫酸盐悬浮颗粒物烟雾灰尘PM10PM25PM10氮氧化物一氧化碳挥发性有机化合物碳氢化合物和氧化物臭氧铅和其他有毒金属分类大气污染物按存在形式分可分为气态污染物和颗粒态污染物大气污染物按形成过程又可以分为一次污染物和二次污染物一次污染物是指由污染源直接排入大气环境中且在大气中物理和化学性质均未发生变化的污染物又称为原发性污染物二次污染物指由一次污染物与大气中已有成分或几种污染物之间经过一系列的化学或光化学反应而生成的与一次污染物性质不同的新污染物又称为继发性污染物7重要污染物来源及消除途径二氧化硫燃烧降水清除雨除冲刷气相或液相氧化成硫酸盐土壤微生物降解物理和化学反应吸收植被表面吸收消化摄取海洋河流吸收硫化氢火山喷射海水浪花生物活动等氧化为二氧化硫写去除反应臭氧在植被土壤雪和海洋表面上的化学反应氮氧化物燃烧尾气排放土壤化学反应植被吸收消化摄取气相或液相化学反应一氧化碳不完全燃烧平流层与OH自由基反应土壤微生物活动二氧化碳植被光合作用吸收海洋吸收甲烷燃烧泄露发酵土壤微生物活动植被化学反应细菌活动对流层及平流层化学反应碳氢化合物向颗粒物转化土壤微生物活动植被吸收消化摄取8影响大气污染物迁移的因素由染源排到大气中的污染物的迁移主要受到空气的机械运动由天气形势和地理地势造成的逆温现象以及污染物本身的特性9基本气象要素气温气压湿度风云量10燃烧过程中NO的生成量主要与燃烧温度和空燃比有关11CFC-11和Halon1211d 分子式分别为 CFCl3 和 CF2ClBr12大气中的CH4主要来自煤石油天然气的排放13大气中有哪些重要自由基其来源如何产生热裂解法光解法氧化还原法大气中主要自由基有HOHO2RRO2HO的来源①O3的光解O3＋ｈr Ｏ＋Ｏ2OH2O 2HO② HNO2的光解 HNO2 ｈr HO NO③ H2O2的光解 H2O2 ｈr 2HO清洁大气中HO来源是O3污染大气来源是HNO3和H2OHO2的来源①主要来自醛特别是甲醛的光解H2CO ｈr H HCOH O2 M HO2 MHCO O2 M HO2 CO M②亚硝酸酯的光解CH3ONO ｈr CH3O NOCH3O O2 HO2 H2CO③ H2O2的光解H2O2 ｈr 2HOHO H2O2 HO2 H2OR的来源RH O R HORH HO R H2OCH3的来源CH3CHO的光解 CH3CHO ｈr CH3 CHOCH3COCH3的光解 CH3COCH3 ｈr CH3 CH3CO CH3O的来源甲基亚硝酸酯的光解 CH3ONO ｈr CH3O NO甲基硝酸酯的光解 CH3ONO2 ｈr CH3O NO2 RO2的来源R O2 RO214叙述大气中NO转化为NO2的各种途径① NO O3 NO2 O2② HO RH R H2OR O2 RO2NO RO2 NO2 RORO O2 RCHO HO2 R比R少一个C原子NO HO2 NO2 HO15氮循环主要通过同化氨化硝化和反硝化等四个生物化学过程完成16分子原子自由基或离子吸收光子而发生的化学反应称光化学反应大气光化学反应分为初级过程和次级过程光化学第一定律当激发态分子的能量足够使分子内的化学键断裂即光子的能量大于化学键时才能引起光离解反应其次为使分子产生有效的光化学反应光还必须被所作用的分子吸收即分子对某特定波长的光要有特征吸收光谱才能产生光化学反应光化学第二定律光被分子吸收的过程是单光子过程由于电子激发态分子的寿命 10-8s在如此短的时间内辐射强度比较弱的情况下只可能单光子过程再吸收第二个光子的几率很小17大气中重要吸光物质的光离解1 O2N2的光离解N2的光离解限于臭氧层以上2 O3的光离解3NO2的光离解据称是大气中唯一已知O3的人为来源4 HNO2 HNO3的光解初级过程次级过程HNO2的光解是大气中HO的重要来源之一5 甲醛的光离解初级过程对流层中由于有O2的存在可进一步反应醛类光解是氢过氧自由基H02 ·的主要来源6卤代烃的光解如果有一种以上的卤素则断裂的是最弱的键CH3－F CH3－H CH3－Cl CH3－Br CH3－I18含有NOx和CH化合物等一次污染物的大气在阳光的照射下发生光化学反应而产生二次污染物这种由一次污染物和二次污染物的混合物所形成的烟雾污染现象称为光化学烟雾控制控制反应活性高的有机物的排放控制臭氧的浓度特征蓝色烟雾强氧化性具有强刺激性使大气能见度降低在白天生成傍晚消失高峰在中午光化学烟雾形成的简单机制光化学烟雾形成反应是一个链反应链的引发主要是NO2的光解引发反应自由基传递碳氢化合物的存在是自由基转化和增殖的根本原因过氧酰基终止19说明烃类在光化学烟雾形成过程中的重要作用烷烃可与大气中的HO和O发生摘氢反应RH HO R H2ORH O R HOR O2 RO2RO2 NO RO NO2RO O2 RCHO HO2RO NO2 RONO2另外RO2 HO2 ROOH O2ROOH ｈr RO HO稀烃可与HO发生加成反应从而生成带有羟基的自由基它可与空气中的O2结合成相应的过氧自由基由于它有强氧化性可将NO氧化成NO2自身分解为一个醛和CH2OH如乙烯和丙稀CH CH HO CH2CH2OHCH3CH CH2 CH3CHCH2OH CH3CH OH CH2CH2CH2OH O2 CH2 O2 CH2OHCH2 O2 CH2OH NO CH2 O CH2OH NO2CH2 O CH2OH CH2O CH2OHCH2 O CH2OH O2 HCOCH2OH HO2CH2OH O2 H2CO HO2稀烃还可与O3发生反应生成二元自由基该自由基氧化性强可氧化NO和SO2等生成相应的醛和酮光化学反应的链引发反应主要是NO2的光解而烷烃和稀烃均能使NO转化为NO2因此烃类物质在光化学反应中占有很重要的地位20硫酸烟雾型污染由于煤燃烧而排放出来的SO2颗粒物以及由SO2氧化所形成的硫酸盐颗粒物所造成的大气污染现象SO2转化为SO3的氧化反应主要靠雾滴中锰铁氨的催化作用而加速硫酸烟雾型污染属于还原性混合物称还原性烟雾SO2滴的催化氧化速度与金属离子浓度PH温度有关21硫酸烟雾伦敦型烟雾与光化学烟雾洛杉矶烟雾的比较硫酸烟雾是还原型烟雾发现较早已出现多次燃煤产生冬季低温高湿度弱光照白天夜间连续光化学烟雾是氧化型烟雾发现较晚汽车尾气夏秋季高温低湿度强光照白天22二氧化硫的氧化直接光氧化被自由基氧化被氧原子氧化23酸雨雨水的pH值约为56可看作未受污染的大气降水的pH背景值并作为判断酸雨的界限影响酸雨形成的因素主要有酸性污染物的排放及其转化条件大气中NH3的含量及其对酸性物质的中和性大气颗粒物的碱度及其缓冲能力天气形势的影响降水的化学组成大气中固定成分无机物有机物光化学反应物不容物酸雨化学组成硫酸硝酸钙离子锰铜矾催化24酸雨的主要成分是什么其产生的主要机制酸雨的主要危害有哪些如何控制酸雨中含有多种无机酸和有机酸主要是硫酸和硝酸酸雨多成于化石燃料的燃烧⑴S→H2SO4SO2点燃＝SO2SO2H2O＝H2SO3亚硫酸2H2SO3O2＝2H2SO4硫酸总的化学反应方程式SO2点燃＝SO22SO22H2OO2＝2H2SO4⑵氮的氧化物溶于水形成酸aNO→HNO3硝酸2NOO2＝2NO23NO2H2O＝2HNO3NO总的化学反应方程式4NO2H2O3O2＝4HNO3bNO2→HNO3总的化学反应方程式4NO22H2OO2＝4HNO3危害酸雨可以直接使大片森林死亡农作物枯萎也会抑制土壤中有机物的分解和氮的固定淋洗与土壤离子结合的钙镁钾等营养元素使土壤贫瘠化还可使湖泊河流酸化并溶解土壤和水体底泥中的重金属进入水中毒害鱼类加速建筑物和文物古迹的腐蚀和风化过程可能危及人体健康控制酸雨的根本措施是减少二氧化硫和氮氧化物的排放目前世界上减少二氧化硫排放量的主要措施有 1原煤脱硫技术2优先使用低硫燃料如含硫较低的低硫煤和天然气等 3改进燃煤技术减少燃煤过程中二氧化硫和氮氧化物的排放量4对煤燃烧后形成的烟气在排放到大气中之前进行烟气脱硫5开发新能源如太阳能风能核能可燃冰等CO2象温室的玻璃一样允许太阳光中可见光照射到地面并阻止地面重新辐射的红外光返回外空间CO2起单向过滤器作用大气中CO2吸收了地面辐射出来的红外光把能量截留于大气中从而使大气温度升高这种现象称为温室效应能引起温室效应的气体称温室气体有二氧化碳甲烷一氧化碳二氯乙烷臭氧四氯化碳和氟氯烃 CFC 11CFC 12等都是温室气体26温室效应机理及危害由环境污染引起的温室效应是指地球表面变热的现象温室效应主要是由于现代化工业社会过多燃烧煤炭石油和天然气这些燃料燃烧后放出大量的二氧化碳气体进入大气造成的二氧化碳气体具有吸热和隔热的功能它在大气中增多的结果是形成一种无形的玻璃罩使太阳辐射到地球上的热量无法向外层空间发散其结果是地球表面变热起来它会带来以下列几种严重恶果 1 地球上的病虫害增加 2 海平面上升 3 气候反常海洋风暴增多 4 土地干旱沙漠化面积增大总反应臭氧的消耗光解生成O3的逆反应当水蒸气氮氧化物氟氯烃等进入平流层后加速O3 的消耗起到催化的作用导致臭氧层破坏的催化反应过程总反应Y - 直接参加破坏O3的催化活性物种包括NOXHOX · ClOX ·等29大气各种固体或液体均匀地分散在空气中形成的一个庞大的分散体系也是气溶胶体系气溶胶体系中分散的各种粒子称为大气颗粒物分散性凝聚性形成气溶胶性颗粒物的去除途径干沉降湿沉降干沉降指颗粒物在重力作用下的沉降或与其它物体碰撞后发生的沉降湿沉降是指通过降雨降雪等降水过程而使大气颗粒物发生沉降的过程其是去除大气颗粒物和痕量气态污染物的有效方法湿沉降包括雨除和冲刷两种机制大气颗粒物的分类总悬浮颗粒物TSP粒径一般在100 m以下飘尘长期漂浮在大气中粒径小于10 m的悬浮物又称为可吸入粒子降尘粒径大于10微米以上的由于重力作用能沉降下来的微粒可吸入粒子小于10 m30大气颗粒物分为无机颗粒物和有机颗粒物的三模态根据大气颗粒物按表面积与粒径分布的关系得到了三种不同类型的粒度模并用它来解释大气颗粒物的来源与归宿爱根核模Dp 005μm 积聚模005 μm Dp 2 μm 粗粒子模 Dp 2 μm31颗粒物的表面性质成核作用粘合吸着成核作用过饱和蒸汽在颗粒物表面凝结成液滴粘合粒子彼此相互间紧紧粘合或在固体表面上粘合是小颗粒形成较大凝聚体最终沉降的过程离子粘合静电除尘吸着气体或蒸汽吸附在颗粒物表面Adsorption32有机污染物一般通过吸附作用挥发作用水解作用光解和生物富集和降解等过程进行迁移转化第三章水环境化学1水中八大离子KNaCa2Mg2HCO3-NO3-Cl-和SO42-为常见八种离子2溶解气体与Henry定律溶解于水中的气体与大气中的气体存在平衡关系气体的大气分压PG与气体的溶解度的比表现为常数关系称为Henry定律该常数称为Henry定律常数KH [G aq ] KH PG KH－气体在一定温度下的亨利定理常数 molLPa PG －各种气体的分压 Pa3水体中可能存在的碳酸组分 CO2CO32-HCO3-H2CO3 H2CO34天然水中的碱度和酸度碱度水中能与强酸发生中和作用的全部物质即能够接受质子H的物质总量酸度凡在水中离解或水解后生成可与强碱OH-反应的物质包括强酸弱酸和强酸弱碱盐总量即水中能与强碱发生中和作用的物质总量5天然水中的总碱度 HCO3-2CO32- OH- H6水体中颗粒物的类别 1 矿物微粒和粘土矿物铝或镁的硅酸盐 2 金属水合氧化物铝铁锰硅等金属 3 腐殖质 4 水体悬浮沉积物 5 其他藻类细菌病毒等影响水体中颗粒物吸附作用的因素有颗粒物浓度温度PH7水环境中胶体颗粒物的吸附作用有表面吸附化学吸附离子交换吸附和专属吸附8天然水的PE随水中溶解氧的减少而降低因而表层水呈氧化性环境9吸附等温线在一定温度处于平衡状态时被吸附的物质和该物质在溶液中的浓度的关系曲线称为吸附等温线水环境中常见的吸附等温线主要有L－F－H －10无机物在水中的迁移转化过程分配作用挥发作用水解作用光解作用生物富集生物降解作用11PEpE 越小电子活度越高提供电子的倾向越强水体呈还原性pE 越大电子活度越低接受电子的倾向越强水体呈氧化性 pe影响因素1 天然水的pE随水中溶解氧的减少而降低2 天然水的pE随其pH减少而增大12什么是电子活度pE以及pE和pH的区别答定义电极上电子有效浓度为电子活度记作E其负对数记作pE电子活度越大或pE 越小电子供出电子的倾向越大在电化学研究中通常用电极电位表示电极供出或接受电子的倾向当给出电子活度 E 和电子活度的负对数pE 明确的热力学意义之后就可以明确地表示不同电对在反应条件下供出或接受电子能力的相对大小在一定温度下pE 与电极电位成直线关系 pE越大电子活度越小电极的氧化能力或接受电子的能力越强供出电子能力越弱pE与电子活度的关系同pH 与H活度的关系相似pH亦称氢离子浓度指数是溶液中氢离子活度的一种标度也就是通常意义上溶液酸碱程度的衡量标准pH值越趋向于0表示溶液酸性越强反之越趋向于14表示溶液碱性越强pH 7的溶液为中性溶液13腐殖质的组成由生物体物质在土壤水体和沉积物中经腐败作用后的分解产物是一种凝胶性有机高分子物质分为腐殖酸溶于稀碱但不溶于酸的部分富里酸即可溶于碱又可溶于酸的部分腐黑物不能被酸和碱提取的部分一般认为当浓度较高时金属离子与腐殖质的反应以溶解为主当金属离子浓度较低时则以沉淀和凝聚为主14沉淀物中重金属重新释放诱发因素①盐浓度升高碱金属和碱土金属阳离子可将被吸附在固体颗粒上的金属离子交换出来②氧化还原条件的变化有机物增多产生厌氧环境铁猛氧化物还原溶解使结合在其中的金属释放出来③pH值降低氢离子的竞争吸附作用金属在低pH值条件下致使金属难溶盐类以及配合物的溶解④增加水中配合剂的含量天然或合成的配合剂使用量增加能和重金属形成可溶性配合物有时这种配合物稳定性较大以溶解态形式存在使重金属从固体颗粒上解吸下来15凝聚过程是在外来因素如化学物质作用下降低静电斥力引力超过斥力时胶粒便合在一起絮凝过程借助于某种架桥物质聚合物联结胶体粒子使凝结的粒。
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主要参考文献：
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一般讨论的问题是指自然环境，具体可划分为：
• 生存环境； • 地理环境 ； • 地质环境 ； • 宇宙环境.
环境地球化学研究的环境主要指地理环境，是指与人类 生存活动密切相关的4个地球化学系统，即大气系统、水系 统、土壤和生物系统、表层岩石圈系统。
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原生环境或第一环境(自然成因的环境)
指地球自身形成过程及随后的长期地 质历史中，在各种地质营力作用下形成 的自然环境，其基本的组成要素包括有 天然的岩石、大气、土壤、地表水、地 下水与植物等。这类环境的物质成分特 点和结构特征是天然形成的。
Eldon D Enger, Bradley F. Smith, Environmental Science, A study of Interrelationships, 北京：清华大学出版社，2000 刘本培，蔡运龙主编，地球科学导论，北京：高等教育出版社，2000，139301
钱易，唐孝炎主编，环境保护与可持续发展，北京：高等教育出版社，2000
环境地球化学以其宏观与微观结合的工作方法多种环境因子的界面作用原理对比识别自然变化与人为干扰的关系等学科特长来认识和解决典型区域的环境问题过去全球变化中环境信息的提取过去全球变化中环境信息的提取提取过去全球历史演变过程中地质和地球化学的记录可预测未来地球环境的演变并为评价现今的环境提供了对照的基准
地球化学循环及其环境影响研究报告
地球化学循环及其环境影响研究报告摘要：本研究报告旨在探讨地球化学循环及其对环境的影响。
通过对地球化学循环的深入研究，我们可以更好地理解地球上不同元素和化学物质的循环过程，以及它们对环境的影响。
本报告将重点关注碳、氮和磷等主要元素的循环过程，并分析它们在气候变化、生态系统和水体污染等方面的环境影响。
1. 引言地球化学循环是指地球上不同元素和化学物质在地球系统中的循环过程。
这些循环过程包括大气、水体、岩石和生物体之间的相互作用。
地球化学循环对地球上的生物圈、大气圈和水圈起着至关重要的作用。
2. 碳循环碳循环是地球化学循环中最重要的循环之一。
碳通过大气、陆地和海洋之间的相互作用进行循环。
人类活动导致了大量的碳排放，进而引发全球变暖和气候变化。
此外，碳循环还对海洋生态系统和土壤肥力等方面产生了重要影响。
3. 氮循环氮循环是地球化学循环中另一个重要的循环过程。
氮通过大气、土壤和生物体之间的相互作用进行循环。
人类活动导致了氮的过度利用和排放，引发了水体富营养化和大气污染等问题。
氮循环对生态系统的稳定性和生物多样性也有着重要影响。
4. 磷循环磷循环是地球化学循环中的另一个关键循环过程。
磷通过岩石、土壤和水体之间的相互作用进行循环。
人类活动导致了磷的过度利用和排放，引发了水体富营养化和生态系统破坏。
磷循环对农业生产和生态系统的可持续发展具有重要意义。
5. 地球化学循环与环境影响地球化学循环对环境的影响主要体现在以下几个方面：首先，它对气候变化和全球变暖产生了重要影响；其次，它对生态系统的稳定性和生物多样性产生了直接影响；此外，它还引发了水体富营养化和大气污染等环境问题。
6. 结论地球化学循环是地球上不同元素和化学物质在地球系统中循环的重要过程。
碳、氮和磷等主要元素的循环对地球的气候变化、生态系统和水体污染等方面产生了重要影响。
为了保护地球环境，我们需要加强对地球化学循环的研究，并采取相应的措施来减少人类活动对地球化学循环的干扰。
生物地球化学循环研究
生物地球化学循环研究生物地球化学循环，是指地球上各种生物元素与无机元素之间相互转化的过程，是维持全球生态平衡的重要因素之一。
近年来，随着全球环境问题的日益严重，对生物地球化学循环的研究也越来越深入，为人类探索全球环境变化提供了重要的科学数据支持。
一、生物地球化学循环的基本过程生物地球化学循环通常分为三个过程，即生物固定、物质循环和生物释放。
简单来说，就是植物通过光合作用将二氧化碳、水和养分转化为有机物质；然后有机物质通过食物链逐层转化，在各个生物体间循环；最后，生物体死亡后，有机物质被微生物分解为无机物质，供下一轮生物固定。
二、生物地球化学循环的关键元素生物地球化学循环中，碳、氮、磷是最为重要的元素。
碳元素是生物体构成有机物的基础，通过二氧化碳固定到有机物中，并在呼吸和分解过程中释放出来，影响大气中的缺氧气体；氮元素是构成核酸和蛋白质的基础，在土壤中的循环能够维持作物生长的良性循环；磷元素是细胞质膜和ATP等重要分子的组成成分，在海洋中的循环对海洋生物的生长起着重要作用。
三、生物地球化学循环的研究方法近年来，随着科技水平的提升，研究生物地球化学循环的方法也越来越多样化。
其中，同位素示踪技术被广泛应用。
同位素是指同一元素中质子数相同、中子数不同的不同种类，它可以被用来追踪不同应用场合的元素，探究元素的来源、传输路径和作用过程。
四、生物地球化学循环的应用生物地球化学循环在许多领域都有广泛的应用。
在人类农业生产中，针对不同植物和土壤的养分需要有特定的养分调控方案，了解生物地球化学循环有助于调整养分平衡；在环境保护方面，密切关注生物体内的有毒污染物传输路径和污染物转化过程，寻找低风险的污染清理方式。
五、未来趋势随着全球气候变化的加剧，对生物地球化学循环的研究将成为解决环境问题的重要突破口。
未来的研究方向可能包括进一步开发新的研究技术和方法，将生物地球化学循环的过程和结果与生态学和生物学等学科进行更紧密的结合，以推动对全球气候变化和可持续发展的全面认识。
生物地球化学循环在全球变化中的作用
生物地球化学循环在全球变化中的作用随着人类科技的进步和工业化的发展，大量的化石能源被开采和利用，导致了大气中温室气体的浓度迅速上升，从而引起了全球气候变化的问题。
为了解决这个问题，生物地球化学循环起到了至关重要的作用。
本文将从以下几个角度分析生物地球化学循环在全球变化中的作用。
一、碳循环碳的生物地球化学循环包括了碳的进入和离开大气室断面，以及碳在地球的各个界面间的转化。
人类活动增加了CO2的排放，导致了大气层中CO2的浓度的增加，而这种CO2的增加对于气候变化有着重要的影响。
生物地球化学循环通过生物过程和非生物过程将CO2吸收并转化，以达到减少CO2浓度的目的。
例如，植物通过光合作用中吸收二氧化碳和水，并产生氧气和葡萄糖，将二氧化碳通过生物转化转化成有机物，并释放出氧气。
同时，地球上的海洋中也有大量的微生物，它们可以吸收CO2，参与大气和海洋CO2的交换。
因此，碳在经过生物地球化学循环后可以部分地减少大气中的CO2浓度，缓解全球气候变化的问题。
二、氮循环氮循环是生物地球化学循环中最为复杂的过程之一，它能够调节着生态系统中的氮素分布和转移。
人类活动也会对氮循环产生一定的影响。
氮气被固定成化合物，如氨，硝酸盐等化合物，形成了可供生物利用的氮源。
但是，人类活动对于氮循环也有着巨大的影响，特别是因大量的化肥使用而导致了氮的过度积累。
氮的过度积累导致水体中的蓝藻或红潮等有害生物的产生，从而危害了海洋生态平衡。
生物地球化学循环在氮的循环中，能够通过土壤生物固氮等手段，让固定的氮重新进入氮循环中，达到减轻环境压力的目的。
三、硫循环硫循环是生物地球化学循环中非常重要的一个循环过程，它可以减少大气污染并促进植物生长。
硫化氢、二氧化硫和其他硫化合物被大气和水体中的生物材料（例如，海藻和其他浮游生物）吸收和转化，进而减少了空气污染，促进了植物的生长。
硫循环过程中还会产生气溶胶，这些气溶胶是影响大气辐射平衡的重要成分。
地球化学中的元素循环和环境污染
地球化学中的元素循环和环境污染地球上的元素循环一直是地球化学中的研究方向之一，它不仅关乎着我们生存的环境和资源利用，也与我们周围的环境污染息息相关。
元素循环包括元素在地球上的分布和循环的过程及其对环境的影响。
因此，对元素的循环过程进行研究非常重要，它可以对我们的生活和环境产生深远的影响。
元素的循环和分布元素循环和分布被影响着地球的物质循环，从岩石到大气和水，直到再次回到岩石中。
这个过程可以分为生物地球化学过程和地球化学过程。
其中，生物地球化学过程是大气、水和降水中的元素进入生物圈进行转化的过程。
而其他元素主要参与到岩石循环和地球化学天平控制的修剪作用中。
地球化学循环是包括岩石圈、水圈、大气圈和生命圈四个过程，其中各种物质通过吸附、溶解和沉积物活动沉积到水中。
这些沉积物承载着土地上的人类活动、城市化和工业化过程产生的污染物，在海洋和深海中进行化学和生物作用的协同作用，发展到了极其强大的程度。
环境污染地球化学元素和环境污染有着密不可分的关系。
环境污染是指常规生活和工业过程所产生的垃圾、废水、废料和废气等无法排放和再利用的废弃物质对自然环境造成的污染。
这些物质包括重金属、塑料、有机污染物和烟囱中的废气等。
这些污染物会对环境和自然生态造成巨大的破坏。
一些元素也会通过人类的活动进入环境，强烈的化学反应和传播到环境中，从而对人体健康产生严重的影响。
例如，汞可以通过人类活动或火灾被释放到大气中，然后沉淀到土壤和水中，进而加入动植物中。
人们每天进食的蛋类和鱼类常常都含有渗出的汞，从而影响人类的健康和发展。
为了保护我们的生活环境，我们需要了解元素循环和生物地球化学和地球化学过程。
尽管我们不能完全消除污染物和垃圾的产生和排放，但可以通过对环境污染物和废弃物的适当处理来使它们对环境和人类的影响降到最低。
同时，各国和国际组织也应加大宣传和研究，通过更有效的计划和实施对环境的保护和治理。
结论元素的循环和分布是地球化学中重要的研究方向之一。
《环境地球化学》教学大纲4.4
《环境地球化学》教学大纲课程名称：环境地球化学课程编号：S011034课程学时：32课程学分：2课程性质：学位课适用专业：环境科学，地球化学先修课程：环境科学、环境化学、地球科学概论大纲执笔人：教研室主任：课程简介《环境地球化学》为环境科学专业硕士研究生的一门学位课，主要介绍化学元素和微量物质在人类赖以生存的周围环境中的含量、分布特征和来源，生物—非生物复合系统中化学物质（包括营养物质，主要是针对污染物）的生物地球化学循环的基本过程（包括迁移、转化和保留等）与反应机制及其与人类健康的关系，揭示人为系统干扰下区域及全球环境系统的变化规律，为资源合理开发利用，环境质量有效控制及人类生存、健康服务。
重点介绍地表环境中典型有机物质（主要为痕量有机污染物）的来源、分布、地球化学循环（迁移、转化与归宿），以及有关全球性和区域性环境问题。
环境地球化学是环境地学和有机地球化学的一个重要分支。
本课程共分五章，第一章介绍痕量有机污染物的主要类型、分布特征及污染源分析；第二章介绍有机污染物环境地球化学循环；第三章介绍有机污染物的环境生态效应；第四章介绍有机污染物的微生物降解及环境污染修复；第五章介绍环境地球化学分析技术。
一、课程目的与要求《环境地球化学》为环境科学专业硕士研究生的一门学位课，课程的任务是介绍化学元素和微量物质（主要为痕量有机污染物）在人类赖以生存的周围环境中的含量、分布规律及来源，生物—非生物复合系统中化学物质（包括营养物质，主要是针对污染物）的生物地球化学循环的基本过程（包括迁移、转化和保留等）与反应机制及其与人类健康的关系，揭示人为系统干扰下区域及全球环境系统的变化规律，为资源合理开发利用，环境质量有效控制及人类生存、健康服务。
学生通过本课程的学习，熟悉地球表面有机污染物的类型、性质、分布和地球化学循环原理；了解环境地球化学研究进展；掌握有关环境地球学方面的科研方法和样品分析技术。
《环境地球化学》既是一门理论基础课，又是一门实践性都很强的课程，具有综合性、多样性、交叉性和实践性很强的特点，要求学生通过本课程的学习，不仅要熟悉有机污染物环境地球化学循环的基本原理，还必须能够形成运用所学知识解决有机污染物造成的实际环境科学问题思路，培养环境样品分析检测的能力和环境质量评价的科学方法。
环境毒理学2
2.1.1 污染物在环境中的迁移
环境污染物的迁移（transport）： 是指污染物在环境中发生的空间位置的相 对移动过程。
结果： 导致局部环境中污染物的种类、数量和综 合毒性强度降低或增高，引起污染范围的扩大 或缩小，污染物所处的局部条件重新发生或大 或小的变化。
迁移方式：机械迁移、物理-化学迁移和生物迁移。
人体体液pH:
血液 7.3-7.5 结肠 7.8-8.0 口腔 6.2-7.2 直肠 7.8 胃 1.0-3.0 脑液 7.3-7.4
十二指肠
空肠 6.3-7.3 汗水 4.0-6.8
回肠 7.6 母乳 6.6-7.0
4.8-8.2 尿液 4.8-7.5
化学物在脂质中的溶解度： 脂/水分配系数（1ipid/water partition coefficient） 常以己烷/水分配系数或氯仿/水分配系数表示。
胞吐作用（exocytosis）：将颗粒物由细胞内运出。
转化形式：物理转化、化学转化和生物转化。
污染物在环境中的形态：
是指污染物的外部形状、化学组成和内部结 构在环境中的表现形式。 按物理性状与结构：污染物可分为：固体、 流体（气、液）、射线等。 按化学组成与内部结构：污染物可分为：单 质、化合物。
物理转化：
是指通过蒸发、渗透、凝聚、吸附， 以及放射性元素的蜕变等一种或几种过 程实现的转化。
污染物在环境中的迁移与转化，以 及在生物体内的生物转运、转化、蓄积 与放大， 称为污染物的环境生态行为。
2.1
污染物在环境中的迁移和转化
污染物进入环境以后，由于自身的物理化学 性质所决定,以及在各种环境因素的影响下，会在 空间位置和形态特征等方面发生一系列复杂的变 化。在这些变化过程中，污染物的状态、浓度、 结构和性质等都可能发生变化，并直接或间接地 作用于人体或其他生物。 污染物在环境中发生的各种变化过程称之为 污 染 物 在 环 境 中 的 迁 移 和 转 化 （ transport and transformation）， 又 称 污 染 物 的 环 境 行 为 （ enviornmental behavior）， 环 境 转 归 （environmental fate）。
地球化学循环和环境污染
地球化学循环和环境污染地球化学循环是指地球上元素及其化合物在不同环境中的运移、转换和相互作用，是地球化学的研究对象之一。
地球化学循环是地球自然环境中的一个重要组成部分，它与人类活动有着密切的关系，环境污染是一个世界性的问题，主要源自于人类的工农业生产活动、采矿及能源的开发利用、城市建设和交通运输等。
地球化学循环可以分为生物地球化学循环和无机地球化学循环两种。
其中，生物地球化学循环是指生物体内、体外和微生物作用下发生的各种元素的转换和作用，这种循环主要是通过生命活动对化学元素的迅速循环而实现的，且至关重要。
无机地球化学循环是指在非生物系统中发生的各种元素的运移、转换和相互作用。
主要包括岩石圈内的元素循环、水文地球化学元素循环、大气化学元素循环和海洋化学元素循环。
地球化学循环的污染主要包括以下方面：（1）大气污染：大气中的污染物主要来自于燃烧活动。
例如，汽车尾气、工厂废气、燃烧木材所产生的PM2.5就是典型的大气污染物。
它们污染了我们的空气质量，影响人们的健康。
（2）水污染：水污染对人类的健康危害很大。
水污染主要来自于化肥、农药、废水等。
这些都会进入水中，深度污染海洋，破坏海洋生态平衡。
（3）土地污染：人们的农业和工业生产不能避免对土地的破坏，土地变成了一个污染源。
有毒物质沉积在土壤中，有毒物质很难被清除干净。
这些毒素会进入我们的食物链，最终影响到人的健康。
（4）噪声污染：随着城市的发展，交通工具越来越多。
这些交通工具都会产生噪音。
噪音污染会对人的神经系统产生长期的负面影响，会导致心血管疾病等问题。
总的来说，地球化学循环与环境污染的问题紧密相连。
我们必须认真对待这个问题，彻底减少人类活动对环境的污染。
保护地球化学循环是保护我们和下一代的未来。
地球化学循环
地球化学循环
地球化学循环又称“外循环”、“大循环”。
生物圈物质循环途径之一。
是地球物质运动的一种形式。
指地球表面和地球内部各种元素在不同物理化学条件下周期性变化的化学过程。
它包括无机化学循环、有机化学循环和生物化学循环。
扩展资料：
地球化学循环的总趋势不是简单的重复，也不是完全可逆的，其中有新质产生，它是一个前进发展过程。
首先是无机化学循环，它导致地球物质的有机进化；其次是有机化学循环，它使地球产生生命；再后是生物化学循环，它导致生物进化乃至在地球上产生人。
人类的生产活动在地球化学循环中具有非常重要的作用。
它加速化学循环的进程，扩大化学循环的规模。
特别是人为地球化学循环可能破坏大气圈二氧化碳平衡、氧平衡和水平衡，造成酸雨现象、地球“温室效应”现象，使地球臭氧屏蔽可能受到破坏。
这一切正逐渐引起人们的严重关切。
人类认识地球化学循环是认识地球的一部分，而且目前人的认识所及主要是地壳化学循环。
随着认识运动发展，人类将认识地球内部物质运动及其对地球化学循环的意义。
os生物地球化学循环PPT课件
与POPs相关的概念
PTSs：Persistent Toxic Substances，持久性有毒化学物 质； PBTs：Persistent Bioaccumulative Toxic substances，持久 性、生物累积性和毒性物质；
PBTs和PTSs概念更广泛，包括重金属或金属有机物质。
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远距离传输潜力
因半挥发性，可以蒸气形式或者吸附在大气颗粒 物上通过大气运动远距离迁移到地球各地，空气 中的半衰期应大于2天，或蒸气压<1000pa。 因持久性，可通过河流、海洋水体或迁徙动物进 行远距离环境迁移。
这一特性使POPs传播在全球的每一个角落，高山 和极地区都可监测到它们的存在。
1993年，Wania 提出了全球分馏理论 即在POPs向南北两极的迁移过程中，它们在 不同的地理区域沉降下来
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全球分馏的产生
多数POPs具有足够挥发性使之可以在平常的环 境温度下，在大气、水、土壤中蒸发和沉降（即循 环） 热带或亚热带的高温可以使POPs从地表挥发出来 高纬度的低温使POPs从大气沉降到土壤和水中 挥发性的强弱→在大气中停留时间的长短→ 污染 物随温度梯度（纬度梯度）沉降下来→全球分馏
10
POPs的生物累积性
吸收（呼吸、皮肤、饮食） 食物链传递过程中具有持久性，不易降解 以很慢的速度被排泄掉
通过周围媒介到生物体内，并通过食物链的生物放大作用达到
中毒浓度。
能在食物链中富集或累积，对有较高营养等级的生物造成影响。
判断标准：在水生物种中的生物浓缩系数（BCF）或生物积累系数 (BAF)大于5000，或如无BCF和BAF数据，则log Kow值大于5。 BAF（BCF）> 5000 或 KOW > 105（104）
环境地球化学
绪论一、环境及全球环境问题；二、环境地球化学的一般概念；三、环境地球化学发展史；四、我国环境地球化学研究现状；五、环境地球化学的发展趋势及前景；一、环境及全球环境问题1、环境“环境”一般是指围绕着人群的空间以及可以直接或间接影响人类生活和发展的各种自然因素的总体。
（自然环境、社会环境、地球环境）对于环境科学，环境是指人类生存的环境。
地球化学研究的环境是指与人类环境密切相关的4个组成要素：大气圈、水圈、土壤-岩石圈和生物圈。
地球环境是一个复杂的系统，它由大气圈、水圈、土壤-岩石圈和生物圈所组成。
在各圈层的内部以及圈层之间化学元素在不断地演化、迁移和循环，特别是在这些圈层的交界面上，元素之间的相互迁移和转化表现得更为明显。
（生物圈层）人类与地球环境是组成该系统中的一对相互统一而又对立的矛盾双方。
自然环境决定包括人类在内的一切生物的发生和发展。
同时，生物，特别是人类的生存和发展又不断地影响着自然环境。
因此，环境地球化学既要重视基本上未受人类活动影响的原生环境，又要重视经过人类活动改造了的次生环境。
环境问题又分原生环境（或第一类环境）问题、次生环境（或第二类环境）问题和社会环境（或第三类环境）问题。
原生环境（或第一类环境）是指地球自身形成过程及随后的长期地质历史中，在各种地质营力作用下形成的自然环境，其基本的组成要素包括有天然的岩石、大气、土壤、地表水、地下水与植物等。
这类环境的物质成分特点和结构特征是天然形成的，因此又称作原生环境或第一环境。
原生环境（或第一类环境）问题是与人类活动无关的，由自然界原来的环境给人类造成的，如许多自然灾害是大自然活动的结果；还有疾病的流行或某些地方性病的发生等。
次生环境（或第二类环境）即所谓人为成因的环境，是指人类生产活动和社会生活对天然环境所引起的改造，使其原有的成份特点和结构特征发生了剧烈的、甚至质的变化，形成与原来天然环境不完全同步的一种新的环境，即一般所称的污染环境亦即第二环境。
生物地球化学循环
生物地球化学循环在地球上，生物、化学和地质过程紧密相连，构成了生物地球化学循环，其作用是将生物体内、社会经验和地球学过程互相联系起来。
生物地球化学循环指的是生物体与地球化学元素之间不断进行的物质循环和能量转换，包括碳循环、氮循环、水循环、磷循环等。
碳循环碳循环是生态系统和大气之间的碳交换，主要通过生物过程、生物地质过程和化学天体过程来实现。
在生物过程中，光合作用是最主要的碳循环过程。
光合作用将二氧化碳转化为有机质，同时释放氧气。
另一种生物过程是呼吸作用，将有机质氧化成二氧化碳和水，释放出能量。
在生物地质过程中，矿物化作用释放出的二氧化碳反应与碳酸盐形成石灰岩，将碳永久保存在地球的岩石层中。
化石燃料的燃烧是碳循环中最主要的人类活动，释放出大量二氧化碳进入大气，导致全球气候变暖。
氮循环氮循环是生物体内氮的循环和地球氮的循环，涉及生态系统、生物地质过程和大气化学过程。
在生物系统中，大部分生物细胞构成氨基酸，而氨基酸又是蛋白质的主要组成部分。
氨基酸通过蛋白质合成，向上一级转化为动植物的组织中的有机物。
细菌是氮循环过程中最重要的生物种类，不同类型的细菌可将氮逐渐转化为亚硝酸盐、硝酸盐等化合物。
氮通过细菌的氮化和反硝化作用在生物地质过程中循环。
氮的大气化学过程是氮气通过自然地闪电形成氮氧化物从而被固定在土壤中。
水循环水循环描述了水在地球上从一种状态到另一种状态的移动。
水循环是地球生物体对水的重要控制机制，包括蒸发、降雨、沉降和地下水循环等过程。
在水循环的过程中，水从海洋、湖泊、河流和植物等地方蒸发，成为大气中的水蒸气。
当温度变低时，这些水蒸气形成云，进一步导致降水。
雨水收集在地表水体（如河流、湖泊和海洋）或渗入地下水层。
在此期间，水还会吸收溶解在其中的营养物和污染物。
河流或地下水层将被污染的水排放到海洋中。
磷循环磷循环是生物体内磷的循环和地球磷的循环，这是一种非常慢的周期过程。
植物和动物消耗食物并利用其中的磷，将它们转化为能量和生物体组织。
第二章 有机污染物的环境地球化学循环1
第二章有机污染物的环境地球化学循环第一节化学物质环境生物地球化学循环的基本方式和特征一、基本概念（一）生物—非生物复合系统地球包括岩石圈（土壤圈）、水圈、大气圈及生物圈。
在环境地球化学研究中上述圈层相应划分为岩石（土壤）分室、大气分室和生物分室。
生物—非生物系统则是由一系列相互作用的各个独立分室构成的。
其中生物分室是这些分室的基础与核心，包括植物、动物、微生物和人等基本成分，由初级生产者、食草者、食肉者和分解者组成。
正是由于他们的活动和作用，生物—非生物系统呈现了动态的运行机制和进化方式。
生物与非生物系统最重要的在于其平衡性，这种平衡性一般只存在于稳态条件下，因而，生物—非生物系统具有自我调节达到平衡的能力，是一个动力学的开放系统。
（二）环境生物地球化学循环环境生物地球化学循环一般是指化学物质（包括营养元素、有毒元素、无机化合物、有机化合物和高分子化合物）从非生物分室到生物分室，然后又到非生物分室循环的过程，包括化学元素或化合物在非生物分室中的行为、运行机制和过程，以及从非生物分室到生物分室或从一种生物分室到另一种生物分室的迁移或食物链的传递关系及其效应。
二、环境生物地球化学循环的基本形式与特点环境生物地球化学循环的形式主要有：（1）生物圈总体水平上的的循环，即全球宏观循环，这种循环结果往往导致全球化学污染；（2）局部生态系统单元水平上的化学物质循环，即区域或流域的亚宏观循环，这种循环后果导致区域或某个流域化学污染的发生；（3）局部范围（某个小村落、某个湖泊）内进行循环，这类循环称为局部循环。
从循环的化学物质看，环境生物地球化学循环分为四类：（1）营养元素循环，包括大量的营养物质和微量元素的循环；（2）有毒元素的循环，主要是一些金属元素和放射性元素的循环；（3）有机污染物质的循环，主要包括化学农药、石油烃、多氯联苯、多环芳烃和二恶英等有机污染物的循环；（4）次循环或亚循环，如温室气体循环等。
环境生物地球化学循环系统可以是开放的系统，也可以是封闭的系统。
环境地球化学知识点
环境地球化学知识点环境地球化学是研究地表、地下水和大气等环境中的化学物质分布特征、转化过程和生物地球化学循环等问题的学科。
它包括了环境中的元素循环、污染物的迁移和转化、环境控制和修复等内容。
下面将介绍一些环境地球化学的重要知识点。
1.元素循环：环境中的元素循环是指地球表层与地下水、大气等环境之间元素交换与转化的过程。
这些元素包括常见元素如碳、氮、氧、硫等，以及稀有元素如金、银、铜等。
元素循环对于维持地球生物圈的平衡和稳定起着重要作用。
2.污染物迁移和转化：环境污染物是指对于环境和生物体有害的物质。
它们包括有机污染物如农药、重金属和放射性元素等。
环境地球化学研究污染物在土壤、地下水和大气中的迁移、转化和积累过程，以及它们对生态系统和人类健康的影响。
3.环境控制：环境地球化学研究如何控制和减少环境污染物的排放和传播。
这包括技术控制如过滤和吸附技术，以及生物控制如植物吸收和土壤微生物降解等方法。
了解环境控制的原理可以帮助我们制定更有效的环境保护措施。
4.修复技术：环境地球化学研究环境修复技术，即通过物理、化学或生物技术将受污染的土壤、水体和大气恢复到良好状态的技术。
例如，使用土壤改良剂和生物堆肥可以改良污染土壤，或者使用氧化剂和还原剂可以降解有机污染物。
5.环境监测：环境地球化学在环境监测中发挥重要作用。
它可以帮助我们了解环境中污染物的浓度和分布，以及它们对生态系统和人类健康的影响。
利用环境监测数据，我们可以评估环境质量，并制定相应的管理策略。
6.生物地球化学循环：生物地球化学循环是指地球上生物体与环境之间的元素转化和循环过程。
通过光合作用，植物从大气中吸收二氧化碳，并将其转化为有机物。
接着，这些有机物通过食物链传递到其他生物体内，最终有机物会被分解为无机物，如二氧化碳、水和溶解态氮和磷等，这些无机物会再次进入环境。
7.地质化学：地质化学研究地球形成和演化过程中的各种化学反应和物质循环。
它涉及到矿物形成、岩石蚀变和沉积作用等过程。
大气污染物的生物地球化学循环过程研究
大气污染物的生物地球化学循环过程研究大气污染物是指被废气、烟雾、粉尘和化学物质等污染物质所包含的气态物质。
它们对环境和人体健康造成的影响已引起了全球关注。
大气污染物的生物地球化学循环过程研究对于了解环境中的化学物质循环和其内在的机理具有重要的意义。
大气污染物的来源与性质大气污染物可以来源于自然和人类活动。
自然源包括火山、气溶胶和湿度，而人类活动则包括工厂废气、交通运输废气和燃烧排放物等。
大气污染物的类型多种多样，常见的有二氧化硫、氮氧化物、颗粒物、挥发性有机化合物和臭氧等。
其中二氧化硫和氮氧化物是最主要的污染物之一，它们可以通过工厂和运输等活动废气排放产生。
生物地球化学循环过程中的影响大气污染物可以通过生物地球化学循环过程对环境产生影响。
生物地球化学循环是指大气中的化学物质在生物圈、地球圈和大气圈之间的相互转化和交换。
这个过程可以分为以下几个部分：1. 大气中的污染物和有机物质会被植物和细菌吸收和利用，这个过程被称为生物吸收。
2. 植物和细菌分泌的化学物质会在大气中形成氧化物和氮化物。
这个过程被称为生物氧化和生物硝化。
3. 大气中的化学物质还会被微生物分解和转化，例如硫还原菌能够将硫酸盐还原为硫化物等。
4. 大气中的污染物还会沉淀到地面，并被土壤解析和吸附。
这个过程是被称为物理吸着和化学吸着。
上述过程中，大气污染物对于生物吸收的影响是最直接的。
当化学物质被吸收和利用后，就会通过植物和细菌等生物体的代谢过程，被分解成分子。
于是，这个过程中的有机物分子或化学物质能够被土壤微生物利用，成为了有机碳或是氮的来源。
同时，这个过程也有益于清理了大气中的污染物。
生物地球化学循环的研究方法为了研究大气污染物的生物地球化学循环过程，科学家们通常会通过实验和野外调查来进行研究。
实验的方法可以采用附属植物和土壤培养的方式。
在附属植物中添加不同种类的污染物和环境变量，以模拟土壤中的环境变化。
然后，通过分析培养液和土壤中的细菌和植物表明，大气污染物能够通过这个过程影响生物地球化学循环。
地球化学循环与自然资源利用
地球化学循环与自然资源利用地球化学循环是指地球上各种元素和物质在地球大气、水体、岩石、土壤等环境中的运动和转化过程。
这一过程对地球上的生态系统、人类活动以及自然资源利用具有重要的影响。
在地球化学循环中，各种元素和物质之间通过空气、水、土壤等媒介相互作用，呈现出一种复杂的平衡状态，而这种平衡与可持续的自然资源利用息息相关。
地球化学循环的重要组成部分之一是元素的循环。
地球上的元素可以分为生物元素和无机元素两大类。
生物元素主要包括碳、氮、氧、氢等，而无机元素则包括铁、钾、钙、硅等。
这些元素在地球上的循环过程中发挥着重要的作用。
例如，碳的循环与地球上的气候变化密切相关。
植物通过光合作用吸收大量的二氧化碳，将其转化为有机物质，并释放氧气。
这一过程不仅为地球大气中的氧气提供了补充，还能够减少大气中的二氧化碳浓度，起到缓解温室效应的作用。
在地球化学循环中，水的循环也占据着重要的地位。
地球上的水资源是人类生存和发展的基础，而水的循环是维持水资源循环平衡的关键。
水的循环过程包括蒸发、降水、蓄水、地下水补给等，通过这些过程，地球上的水资源得以不断循环利用。
然而，由于人类活动的不当干扰，例如过度开采地下水、水资源污染等，导致水的循环受到影响，从而影响到了地球上的水资源利用。
除了元素和水的循环外，土壤的循环也是地球化学循环中不可忽视的一部分。
土壤是地球上最重要的自然资源之一，对于维持生态系统的平衡和支撑人类农业生产具有重要意义。
土壤的循环过程主要包括物质的输入、转化和输出。
例如，植物的残体和有机肥料是土壤中有机物的重要源头，它们经过微生物的分解作用，转化为土壤中的有机质。
土壤中的有机质不仅对植物生长起到营养作用，还能促进土壤结构的改良和维持土壤的肥力。
然而，人类过度开垦、过度施肥、过度使用农药等行为，导致土壤的破坏和质量下降，进而影响到农业的可持续发展。
在自然资源利用中，地球化学循环起到了重要的引导作用。
通过深入了解地球化学循环的过程和机制，人们能够更好地利用自然资源，并确保其可持续性。
第二章 有机污染物的环境地球化学循环2
第三节典型有机污染物生物地球化学循环分析一、多氯联苯的地球化学循环尽管二十世纪70年代，已经禁用PCBs产品，但目前大气中PCBs含量仍然很高。
PCBs由于燃烧期间的挥发、泄漏、工业处置、作为废品倾倒土地填埋等人为过程而进入生物圈等人类活动的环境。
PCBs进入生物圈后，其循环方式是多种多样的。
来自增塑剂和燃烧期间挥发而进入大气的PCBs，一方面可吸附在大气颗粒物上，随大气颗粒沉降而到达地面，另一方面则通过自然降水过程离开大气分室，迁移到土壤和水分室中。
大气分室中PCBs的平均停留时间为2－3天。
在土壤分室，PCBs经过一系列的生物地球化学过程进行内部再循环，通过挥发作用和生物转化作用两种生态化学过程而离开土壤分室。
PCBs在土壤分室中的半衰期为5年左右。
由于PCBs不易降解和高度的亲脂性，其循环结果是99％以上的PCBs存在于大气分室中。
水分室中的PCBs除了与工业排放有关外，很大部分来自大气的沉降作用。
进入水分室的PCBs一般均能迅速地吸附到水中的颗粒物上，并随颗粒物的运动传输到远离污染源的地区，或者随沉积物的沉降而进入沉积层中。
但PCBs进入沉积层后，由于它的低水溶性，一般不进入水体中。
这种沉降作用在今后几十年内仍将继续成为食物链的主要污染源。
PCBs通过生物体的主动吸收和被动吸收，进入生物分室。
由于PCBs的高度亲脂性，对水生生物有大而广泛的影响。
进入生物体内的PCBs通过生物代谢降解是相当难的，因而主要积累在生物体内，很少通过排泄而重新回到非生物组分中。
PCBs主要通过微生物作用或通过光化学分解作用从生物—非生物复合系统中消失。
图2－3－1为PCBs的生物地球化学循环的一般模式，从中看出，由于循环，不仅使得水分室、土壤分室和生物分室中普遍存在PCBs，而且植物、动物和人类等生物分室中PCBs的浓度由于水生生物的富集作用普遍比土壤、水和大气分室等非生物分室中PCBs的浓度高得多（周启星等，2001）。
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第三节典型有机污染物生物地球化学循环分析
一、多氯联苯的地球化学循环
尽管二十世纪70年代，已经禁用PCBs产品，但目前大气中PCBs含量仍然很高。
PCBs由于燃烧期间的挥发、泄漏、工业处置、作为废品倾倒土地填埋等人为过程而进入生物圈等人类活动的环境。
PCBs进入生物圈后，其循环方式是多种多样的。
来自增塑剂和燃烧期间挥发而进入大气的PCBs，一方面可吸附在大气颗粒物上，随大气颗粒沉降而到达地面，另一方面则通过自然降水过程离开大气分室，迁移到土壤和水分室中。
大气分室中PCBs的平均停留时间为2－3天。
在土壤分室，PCBs经过一系列的生物地球化学过程进行内部再循环，通过挥发作用和生物转化作用两种生态化学过程而离开土壤分室。
PCBs在土壤分室中的半衰期为5年左右。
由于PCBs不易降解和高度的亲脂性，其循环结果是99％以上的PCBs存在于大气分室中。
水分室中的PCBs除了与工业排放有关外，很大部分来自大气的沉降作用。
进入水分室的PCBs一般均能迅速地吸附到水中的颗粒物上，并随颗粒物的运动传输到远离污染源的地区，或者随沉积物的沉降而进入沉积层中。
但PCBs进入沉积层后，由于它的低水溶性，一般不进入水体中。
这种沉降作用在今后几十年内仍将继续成为食物链的主要污染源。
PCBs通过生物体的主动吸收和被动吸收，进入生物分室。
由于PCBs的高度亲脂性，对水生生物有大而广泛的影响。
进入生物体内的PCBs通过生物代谢降解是相当难的，因而主要积累在生物体内，很少通过排泄而重新回到非生物组分中。
PCBs主要通过微生物作用或通过光化学分解作用从生物—非生物复合系统中消失。
图2－3－1为PCBs的生物地球化学循环的一般模式，从中看出，由于循环，不仅使得水分室、土壤分室和生物分室中普遍存在PCBs，而且植物、动物和人类等生物分室中PCBs的浓度由于水生生物的富集作用普遍比土壤、水和大气分室等非生物分室中PCBs的浓度高得多（周启星等，2001）。
二、石油烃的环境地球化学行为
石油在开采、运输和利用过程中约有2.3-3.2%进入生物—非生物复杂系统中，从而产生对生物界的危害（图2－3－2）。
无论石油烃类化合物是排入大气分室，还是土壤分室，最终他们都要达到海洋分室中。
当这些石油达到海洋分室后，由于其水溶性很低，一般漂浮在海面上随大洋的环流而作水平移动。
烃类化合物可吸附在颗粒物表面上，并随沉积物沉积。
在水介质中，石油烃的循环将涉及一系列生物化学过程（图2－3－3）。
生物过程主要是微生物的作用，非生物的化学过程包括扩散作用、漂移作用、挥发作用、光化学作用、分散作用、溶解作用、乳化作用、吸附作用和降解作用等。
另一个重要的循环是石油烃进入生物体的循环，包括植物的吸收、动物的累积放大，以及通过排泄等过程又回到水、土壤等非生物分室。
图2-3-1 PCBs生物地球化学循环的基本过程（周启星等，2001）
图2－3－2 石油烃类的人为生物地球化学循环
图2－3－3 以水为基地的石油烃的生物地球化学循环
附：多环芳烃的环境地球化学行为（资料来源于董瑞斌，1999）1．PAHs的化学性质和生物活性
PAHs由三个以上的苯环以线性排列、弯接或簇聚的方式而构成。
有机物在高温下可随时生成PAHs，PAHs也可由植物或某些细菌合成。
大多数PAHs不溶于水，沸点高达150～525℃，PAHs的溶点也高，为101～438℃，其分子量在178～300之间，多数PAHs具致癌性和致突变性。
PAHs还能与大气中的NO2反应生成合氮多环芳烃(Ｎ-PAHs)，Ｎ-PAHs的致癌性和致突变性比PAHs 的要大。
PAHs和Ｎ-PAHs的生物活性与其分子结构有关。
2．PAHs在土壤中的行为
PAHs在土壤中可以被土壤吸附、发生迁移，以及为微生物所降解。
实验条
件下测得的PAHs在土壤上吸附的等温线为直线型的。
PAHs在不同土壤有机质—水中的分配系数的对数(lgKoc)基本上是相同的。
这表明土壤对PAHs的吸附主要取决于土壤中有机质的含量。
PAHs也可以在土壤中发生迁移，影响PAHs 在土壤中迁移的因素很多，主要包括三大部分：土壤性质、PAHs浓度，以及PAHs 的理化性质。
现已构建用于描述PAHs在土壤中迁移的模拟模型，用这些模型可以算出PAHs在土壤中的迁移深度，一般在30cm左右(表土以下)。
有些土壤微生物可以彻底降解土壤中的PAHs，土壤微生物主要通过两种方式对PAHs进行代谢，第一种方式是以PAHs作为唯一的碳源，此类细菌有：气单胞菌属(Aeromonas)；芽胞杆菌属(Bacillus)；拜叶林克氏菌属(Beijerinckia)；球菌属(Rhodococcus)；假单胞菌属(Psedomonas)等等；第二种方式是把PAHs与其它的有机物一起进行共代谢，此类微生物主要是真菌，如白腐菌(Chrysosporium Phanerochaete)和烟管菌(Bjerkauderasp)，美丽小克银汉雷菌(Cunninghamellaelegans)能降解荧和蒽。
Cerniglia和Gibson(1979)报道真菌降解Bap的中间代谢产物的过程与Bap在哺乳动物中的代谢过程非常相似，这些产物很可能负责Bap的致癌性。
3．PAHs在植物体内的运移及代谢
Gunther等(1967)发现多数PAHs不能从桔树皮中向其它部位转移。
Harms(1975)报道只有极微量的14Ｃ-Bap从小麦根转移到茎。
但1974年，Durmishidze等，用14Ｃ-PAHs作实验，表明PAHs可以从黑麦草、鹰嘴豆、苜蓿、紫云英根部运移至地上部分，也可以从它们的叶部运至根部。
Edward等(1982)表明大豆根能吸收溶液中的14Ｃ-蒽，并向叶运移；也可以从大气中吸收该PAHs，并向根运移。
但Ellwardt(1977)的大田试验显示大多数农作物根系不
吸收PAHs。
因此，植物对PAHs的吸收速率取决于植物种类和土壤中PAHs的浓度。
一般情况下，土壤PAHs浓度越高，能吸收PAHs植物对PAHs的吸收量就越多，此外，PAHs的形态也影响植物对PAHs的吸收速率，如小麦、燕麦、胡萝卜、菠菜等更易吸收溶解态的PAHs，PAHs在植物体内的代谢研究不多，但已有的研究表明植物能部分地代谢PAHs。
4．PAHs的光化学氧化
光化学氧化是PAHs的耗减的又一重要途径，同样，PAHs的光化学氧化产物也可能具致癌性，最常见的PAHs光化学氧化是形成内过氧化物，然后进行一系列反应，最终形成醌(NAS，1972)，Katz等(1979)观察到由Bap光氧化所产生的Bap醌是一种直接的致突物。
烟雾可以促进PAHs的光氧化降解，越来越多的证据显示PAHs对水生物的毒性主要来源于它们的光化学氧化产物(Mekeayan等，1994)，细胞水平上的研究表明紫外光能增强PAHs的光氧化毒性。
PAHs对实验动物的致癌反应主要取决于紫外光的剂量、PAHs的浓度和其它的因子(如年龄和遗传敏感性等)。
三、化学农药的地球化学循环
化学农药在使用过程中,可以直接进入土壤、水和大气等非生物分室，也可直接进入植物、动物或微生物等生物分室中。
进入陆地表面或农业土壤中的农药，或通过挥发作用向大气分室迁移，或通过淋溶—扩散过程进入水分室，或通过吸附—解吸机制在土壤分室中进行内部循环，以及通过化学的、光化学的和微生物的降解作用净化于土壤分室。
其中土壤的吸附作用是主要的，由于土壤的吸附作用，进入土壤分室的农药的停留时间较长，尤其是有机氯农药，其半衰期在0.2-15年左右。
除了土壤分室的农药以淋溶的方式进入水分室外，农药还可以通过工业和城市污水排放以及通过大气的沉降作用达到水分室。
大气分室对农药的长距离传输具有重要的意义。
由于植物表面和土壤表面残留农药的挥发作用，或由于农药制造厂的排放，农药通过气态和颗粒态两种方式进入大气分室。
在大气分室中，以部分农药受到风和其它气象因素的作用，或者向更高层空间扩散和稀释，或者受到氧和臭氧的氧化，特别是受到阳光作用，发生光化学反应而降解。
因为大气中往往存在大量的水蒸汽，农药在大气中往往可发生水解作用。
大气分室中的大部分农药通过沉降作用而回到农业土壤和水分适中（图2－3－4）。
图2－3－4 化学农药生物地球化学循环的一般模式
第四节污染物地球化学过程的数据模拟研究
自学—参考文献
王洪涛，罗剑，李雨松等，2000，石油污染物在土壤中运移的数据模拟初探，
环境科学学报，Vol.20，No.6。