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其中BmN表示元素m的基线;CN表示研究区标准元素的平均含量。 2.2标准化处理的目的
在确定地球化学基线过程中,对环境样品进行标准化处理的目的就是消除粒度及其它因素对元素含量的影响。
一般情况下,粒度和组成矿物对样品中微量元素浓度是有一定影响的。为了弥补这些影响并评价当前异常金属的贡献,通常的方法就是使用某种元素作为粒度的表征对地球化学数据进行标准化[5]。而标准元素的选择必须是一种或多种主要微量元素携带者,并且能够反映沉积物中粒度的变化特征。能够代表粒度变化的元素并不广泛,但主要取决于研究地区及与人类活动有关的环境物质。Allen and Rae(1987)在研究英国Severn Estuary地区时,阐述了消除粒度效应对金属元素含量影响的方法,并发展了化学地层对比方法研究人为来源和自然来源对现代沉积的影响[6]。
2.3标准化因子(元素)的选择
标准化程序的核心问题之一就是标准因子(元素)的选择。Al是组成铝硅酸盐矿物最重要的组份之一,而铝硅酸盐矿物是大多数金属元素的携带者或吸附剂,因此常用铝元素作为标准化因子。使用铝作为标准化元素必须满足这样的条件,即铝的浓度与沉积结构的关系、铝的浓度与沉积物的关系及铝的浓度与区域岩石的关系相一致。而在研究结晶岩冰蚀沉积物金属元素含量的标准化时选用Li较Al好,对于非结晶岩而言,选用Li标准等于或略好于Al标准。在人类活动中引起的金属输入量较自然来源低时,用Fe作为标准也是可以的。其它元素,如Cs、Eu、Rb、Sc、Sm和Th等元素也可以作为标准。
选择标准元素的原则还要根据研究区的地质特征和人类开发状况以及环境特点(污染类型)来进行,因此,对研究区基本的地质调查和环境调查是必要的,如Loring and Rantala(1992)对于海洋中悬浮颗粒及细粒沉积物中重金属的环境地球化学分析时,选择的标准化因子和标准化元素主要取决于粒度特征及元素地球化学特征(见表1)。
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内 蒙 古 大 学 表1 主要标准化因子概括[4] Tab.1 Summary of normalization factors
3重金属人为来源判别的环境地球化学分析方法
3.1富集因子分析
评价人为输入对重金属污染最常用的参数就是富集因子(enrichment factor),富集因子是用某种重金属元素在样品及基线中的比来确定的,可表示如下[5]:
??Ci/Cn?sample? EF?????C/C?inbaseline???Ci为元素i的浓度;Cn为标准化元素的浓度。
为了消除样品粒度及分析测试因素对富集因子的影响,还可以对其加以修正,即采用CEF(Cultural Enrichment Factor),CEF是表层样品的元素浓度测量值与深层样品测量值的比[5]。
??Ci/Cn?sampleCEF????Ci/Cn?deep?? ???Ci为元素i的浓度;Cn为标准化元素的浓度; deep为深层样品。 3.2污染程度分析
污染程度(Contamination Degree)是评价重金属污染的最直观且常用的参数之一,该参数表示的是被监测的重金属元素的超标情况,可表示如下[7,8]:
nCd??Cf,ii?1
其中Cf,i=CA,i/CN,i-1表示的是第i个元素的污染因子;CA,i表示的是第i个元素
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的分析值(样品中的浓度);CN,i表示环境中元素浓度的允许上限,一般为环境质量标准。Cd值代表的是某一研究地区重金属污染的综合指标,如果要获得某一种重金属元素的污染情况,只需用Cf,i=CA,i/CN,i-1来计算即可。 3.3地质累积指数分析(Igeo)
地质累积指数(Index of Geoaccumulation)通称为Müller指数,是二十世纪七十年代晚期在欧洲发展起来的广泛用于研究沉积物中(尤其是水环境沉积物)重金属污染程度的定量指标,其表达式为[8]:
?? CnIgeo?log2???1.5?BEn?其中Cn为样品中元素n的浓度;BEn为基线浓度; 1.5为修正指数,通常用来表征沉积特征、岩石地质及其它影响。地质累积指数可以分为几个级别,用来表示污染程度由无至极强。不同的学者划分的级别也略有不同,表2是沉积物地质累积指数分级标准与污染程度之间的相互关系。
表2 地质累积指数的级别
Tab.2 Index of Geoaccumulation and pollution level
4环境地球化学基线研究的意义
环境地球化学基线研究是探索环境的目前现状,并提供将来环境扰动的(不管是自然的还是人为的)对比标准或尺度。环境地球化学基线研究的目的在于区分人为的和自然的环境影响,因此,自然地球化学异常和人为地球化学异常的区分是环境地球化学基线研究的核心问题。地球化学基线填图、地球化学数据库建设、不同地质背景、地球化学背景和不同对象的地球化学基线研究是地球化学基线研究的重要任务。
地球化学基线的确定方法研究仍是地球化学基线研究的重要问题,除标准化处理方法外,将地球化学分析与采用先进的数据处理方法(如统计分析方法)相结合,进行基线的确定和环境评价,将极大地促进地球化学基线的研究。同时,值得注意的是,确定地球化学基线是一项复杂的工作,必须有地质学家、地球化学家、沉积学家、生物学家等众多学科的专家参加的多学科研究。
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二Hg的环境地球化学特征及防治
1 重金属简介[9]
重金属元素在化学中一般指相对密度大于或等于5.0的金属，包括 Fe、Mn、Cu、Zn、Cd、Hg、Ni、Co 等 45 种元素。在环境污染研究中，重金属多指 Hg、Cd、Pb、Cr 以及类金属 As 等生物毒性显著的元素；其次是指有一定毒性的一般元素，如 Zn、Cu、Ni、Co、Sn等。
重金属离子在环境中具有微量浓度时就会产生毒性，如 Hg、Cd 等毒性较强的金属在离子质量浓度为 0.01 mg/L～0.001 mg/L时就会产生毒性。不同金属的毒性不同：无机汞通过食物、呼吸进入人体，生成二价汞盐并在人体内积累，汞离子能抑制酶的活性，破坏细胞正常的新陈代谢；镉离子主要积累在骨骼和肾脏中，引起“痛痛病”和肾脏功能的失调，潜伏期长达 10～30 年；而铬离子引起的主要是神经系统中毒，6价铬的毒性要比3价铬大得多。一些重金属不但不能通过微生物的作用降解并降低毒性，反而会通过生物甲基化的作用转变成毒性更大的有机金属化合物，如有机汞、有机镉等，对生物和人体造成更大的伤害。重金属还能被水生植物吸收，通过食物链在生物中逐渐富集，对生物造成长期的危害。
土壤污染物中以重金属比较突出，重金属不能为土壤微生物所分解，而易于积累转化为毒性更大的甲基化合物，甚至有的通过食物链以有害浓度在人体内蓄积，严重危害人体健康。土壤重金属污染主要是由于 Zn、Cu、Cr、Cd、Pb、Ni、Hg、As 等 8 种重金属元素引起的土壤污染。土壤重金属污染是人类活动中产生的，土壤一旦遭受重金属污染，会使生态环境恶化，是较难以消除的。
水体中的重金属在适宜的条件下，可以在各种形态之间相互转化、分散和富集。它们可以以化合态形式存在，也可以以离子态存在于水体中。重金属化合物的溶解度一般较小，而且重金属离子带正电荷，在水中易吸附在带负电荷的胶体微粒上，所以水体沉积物以及悬浮物中重金属的含量较高。悬浮物上吸附的重金属离子可以随水流迁移，但一般都迅速沉降，富集在排污口下游一定范围的底泥中。沉积在底泥中的重金属是一个长期的次生污染源。汛期或河道清污时，底泥泛起，重金属就重新参与在环境中的转移扩散过程。
2 土壤及水体中 Hg 的地球化学特征
Hg作为一种重金属，是唯一在常温下呈液态形式存在的物质。汞污染物主要来源于冶金、化工、造纸厂、肥料制造厂、氯碱生产厂、含汞矿物的开采、仪表制造、化学制药等工业的含汞生产废水、各种汞化合物应用领域（如电池等）。自然界中Hg以金属汞、氧化汞、硫化汞、土壤无机、有机胶体吸附的汞的形式
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