重金属污染 海洋不能承受之重

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所属分类:百科知识2014年

我国是一个海洋大国,海岸线长达 1.84万千米,资源丰富。近年来,伴随经济的迅猛发展,出现了近海污染等一系列严重的海洋环境问题。自20世纪 80年代开始,我国海洋污染问题日益严重,至20世纪90年代,我国近海污染已相当严重,近海水质劣于一类海水水质标准的面积从1992年的10万平方千米上升到1999年的20.2万平方千米。到了2012年,部分近岸海域污染依然严重,未达到一类海水水质标准的海域面积为17万平方千米,高于2007~2011年15万平方千米的平均水平。海水水质为劣四类的近岸海域面积约为6.8万平方千米,较上年增加了2.4万平方千米。近岸约1.9万平方千米的海域呈重度富营养化状态。

  另据《2012年中国海洋环境质量公报》,2011年,由长江、珠江、黄河和闽江等入海河流排海的重金属总量大约为4.43万吨,砷总量为3500吨。其中,长江和珠江这两个入海口2012年排放入海的重金属总量近4万吨,砷为3241吨,分别占全国入海口排放总量的90%和92.6%。长江和珠江入海口排放量高,一方面是因为这两个入海口本身径流量较大;另一方面,则是因为长江三角洲和珠江三角洲是我国沿海最具活力的两大经济区,遍布在这两个区域的现代化工业企业排放了大量工业废水和城市污水。

  尽管有关部门也加强了保护工作;但是,我国近岸海域污染总体形势仍然严峻。污染海域相对集中在经济发展较快、人口密度较大的海湾沿岸和主要河流的入海口附近,如辽东湾、渤海湾、莱州湾、长江口、杭州湾、珠江口和部分大中城市近岸局部水域。海水中的主要污染物是无机氮、活性磷酸盐、石油类和重金属。

  不单我国如是,近年来,越来越多的污染物如营养盐、重金属、油类和持久性有机污染物流入世界各沿海国的近海海域,全球海洋污染日益加剧。面对如此大的环境压力,世界各国均针对海洋环境污染问题进行了大量的科学研究并采取了应对措施。我们这篇文章重点谈的就是海洋重金属问题。

  海洋重金属污染从何而来

  不管你喜欢与否,重金属元素无处不在。重金属是地球的自然组成部分,对于生命,它们有的不可或缺,有的则全无用处。在工业生产中,几乎所有的重金属都大有用处,这正是环境中重金属污染的主要根源。

  与可降解的有机污染物不同,重金属在大自然中循环不灭。岩石风化、尘土飞扬、火山喷发、百川到海——重金属借由着这些过程从陆地进入海洋。重金属不会在表层海水中久留,它们吸附在颗粒物上,随之沉入底泥。底泥层层覆盖,经过漫长的岁月,最终又变成岩石,将重金属再次禁锢其中。然而,人类的活动搅乱了大自然慢条斯理的不息循环。

  矿石开采,金属冶炼,金属产品的生产、使用及废弃,人类的这些活动都在向环境中释放重金属。这大大提高了重金属在环境中的流通量,及其在水体、土壤、空气等各介质中的浓度。虽然在海啸、地震、台风之类的自然力量面前,人类显得极为渺小;但是人类排放重金属的能力,已经可以和大自然比肩,甚至远远超过大自然。更糟糕的是,重金属污染物并不是均匀地分散在海洋里,而是集中在近岸海域——这正是人类聚居、进行渔业生产的地方。工业革命之后,海洋生态系统感受到了人类污染所造成的巨大压力。

  人类排放的重金属,有的经由大气输送进入海洋。例如,煤燃烧产生细小的颗粒漂浮在空气中,它们可以携带着重金属长途跋涉,最终沉降入近海甚至是远洋。然而,近海的重金属主要还是来自河流的输送以及生活污水、工业废水的直接排放入海。对于某一片具体海域而言,一个工厂,一个排污口,都有可能是重金属的主要来源。发生于20世纪50年代的水俣湾汞污染事件就是这样一个典型事例。

  日本水俣市一家叫“窒素”的塑料工厂用汞作为催化剂生产乙醛,反应中生成副产物甲基汞。甲基汞随废水被排入水俣湾,然后被鱼虾、贝类吸收富集。这些被污染的海鲜上了浑不知情的当地人的餐桌,结果导致至少2265人中毒,其中1784人丧生。这起震惊世界的生态灾难让人们意识到,倾倒入海的重金属不仅会破坏生态系统,还会经由食物链危害到人类自身。

  海洋重金属污染不可忽视

  重金属污染与其他有机化合物的污染不同。不少有机化合物可以通过自然界本身的物理、化学或生物净化,使有害性降低或解除。重金属则具有富集性,很难在环境中降解。随废水排出的重金属,即使浓度非常小,也可以在藻类和底泥中积累,被鱼和贝类体表吸附,并通过食物链在生物体内聚集,引起海洋生物的遗传物质发生突变,导致生物生长缓慢,发展异常,降低胚胎、幼体及成体的存活率,甚至引发敏感物种的灭绝,进而导致生态退化。

  重金属污染问题是对生态系统具有直接和间接的威胁公害。重金属通过食物链的富集和放大作用,最终会在人体内大量蓄积,破坏人体正常的生理代谢活动,损害人体健康。

  汞被水生生物食用后在体内转化成甲基汞,这种物质通过鱼虾进入人体和动物体内后,会破坏脑组织血管,引起一系列中枢神经中毒症状,如手、足、唇麻木和赤痛、语言失常、听觉失灵等脑动脉硬化症患者的典型症状;甲基汞还可导致流产、畸形胎和先天性痴呆儿等,毒性极大。

  生物体摄入的铅会与多种酶结合,从而干扰有机体多方面的生理活动,并对全身脏器产生危害。最主要是对神经系统、肾脏、造血系统和血管等的影响。铅中毒表现为贫血、腹痛、高血压等。低剂量的铅接触可以对人体的红细胞、肾脏、免疫系统、骨髓和中枢神经的功能产生不良影响,而所有这些影响发生前都可能没有明显的临床症状。铅中毒会影响婴幼儿最初站立、行走和说话的年龄,也可能引起孩子注意力涣散、记忆力减退、理解力降低及学习困难等。孕妇在怀孕期间不慎铅中毒,会造成流产、死胎或出生的婴儿畸形。铅穿透至脑,可直接抑制生长激素分泌,引起孩子身材矮小、性早熟、肥胖等。

  镉在自然界分布广泛,其对人体健康的危害主要是由于工农业生产所造成的环境污染。镉被人体吸收后,在体内会选择性地蓄积在肝、肾之中引起病变,造成贫血和新陈代谢不良。环境中的镉不能生物降解,而其在人体内的生物半衰期长达10~30年,为已知的最易在人体内蓄积的有毒物质。其中毒症状主要表现为动脉硬化、肾萎缩或慢性球体肾炎等。此外,摄入过多的镉,可使镉进入骨质取代部分钙,引起骨骼软化和变形,严重者引起自然骨折而死亡。日本曾对一位“骨痛病”死者进行解剖,发现其全身竟有122处骨折。身长缩短30厘米,骨灰中镉含量比对照者高出150多倍。此外,镉还有致突变、致癌和致畸作用以及引起高血压、肺气肿等。铬是一种危险的致癌、致畸、致突变“三致”重金属物质;由于它的强氧化性,对皮肤、黏膜都有剧烈的腐蚀性。此外,进入动物体内的铬会将正铁血红蛋白氧化成为高铁血红蛋白,导致其无法正常地携带氧;过量的铬还会使核酸和核蛋白等沉淀变性,丧失活性。

  砷元素及其化合物广泛存在于环境中。有毒性的主要是砷的化合物,其中三氧化二砷即砒霜是剧毒物。砷在人体内的毒性作用主要是与细胞中的酶结合,使许多酶失活,造成代谢障碍。皮肤色素高度沉着和皮肤高度角化,发生龟裂性溃疡是砷中毒的另外一个特点。急性砷中毒若抢救不及时即造成死亡。

  铜是生物体必需的微量元素,在人体内的含量仅次于铁和锌。过量的铜对生物体有明显的毒害作用,可导致铜中毒。最近的研究认为,肝癌的死亡率与环境中的铜含量呈正相关。另外,铜代谢的紊乱可产生大脑和脑干部位的病变。

  此外,水体重金属有利或有害不仅取决于该金属的种类、理化性质,还取决于金属的浓度及其存在的价态和形态。即使有益的重金属元素浓度超过某一数值,也会有剧烈的毒性,使动植物中毒甚至死亡。金属的有机化合物(如有机汞、有机铅、有机砷、有机锡等)比相应的金属无机化合物毒性要强得多,可溶态的金属又比颗粒态金属的毒性要大。

  海洋重金属污染是否越来越严重了

  现今,海鲜重金属超标的新闻经常见诸报端,让人感觉海洋重金属污染似乎正在变得日益严重。与三四十年前相比,现在的重金属污染无疑严重了;然而,最近几年污染是否仍在加剧,根据公开的监测数据,我们难以得出一个明确的答案。

  一个看似合理的推理是,我国的经济总量在稳步增加,重金属的使用量和排放量相应增加,重金属污染当然会越来越严重。然而,这个推理并不一定成立,污染物的排放并非总是随经济增长而增加,技术进步和科学管理可以切断经济发展和污染排放之间的纽带。不久前,美国密歇根大学和我国清华大学等科研机构的学者在《环境科学与技术》杂志发表文章指出,在1992~2007年,中国GDP的单位增长所带来的水体重金属排放量逐渐减少。2007~2012年,重金属的排放量随着GDP的增长已经不增反降。国家统计局的数据也显示,2003~2011年,全国排放的工业废水中铅、汞、镉、六价铬、砷的总量都呈现减少的趋势。

  具体到海洋,情况又如何呢?海洋的重金属污染有的来自工业废水、生活污水的直接入海排放,更多的来自河流的间接输送。近年来,直接排放的重金属得到了有效控制,排放量呈下降趋势,而河流输送的重金属量仍不见减少。

  根据环保部近几年发布的《中国近岸海域环境质量公报》,随工业废水、综合污水直接排放入海的各种重金属总体在减少。在2007年之后,汞、六价铬、铅、镉的排放量都维持在1吨左右或更少。除了工业废水,直接排入海里的生活污水对重金属污染的贡献也不容忽视,然而,直到2011年,才有公开的相关监测数据:汞19千克,六价铬113千克,铅1276千克,镉46千克。其中生活污水的铅排放量最为严重,已经与工业废水和综合污水之和相当。

  相比上述的直接入海排放,间接经由河流进入海洋的重金属数量要大得多——多出上百倍乃至数千倍(表1)。而且,近几年监测到的铅、铜的排放量还有上升的趋势。

  除了分析比较历年的监测数据,还有一些较为“取巧”的方法来了解海洋重金属污染的趋势。前面提到,水中的重金属会随颗粒物沉入底泥中。各层底泥就像书页一样记录了水体当时的污染情况。如果钻取一个泥柱,分析各层的重金属含量,那就可以清楚地了解重金属污染的历史,甚至可以回溯到成百上千年前。有研究者于2000年从珠江口的几个取样点采集了柱状底泥样品进行分析。结果发现,虽然各个采样点的具体数据有所差别,但总体趋势类似:近100年,尤其是最近二三十年,底泥中铅和锌的浓度明显上升;铜和镍则没有这种上升趋势,一直在一个较窄的范围内波动。

  另一种取巧的方法则是利用珊瑚的生长特性:珊瑚虫分泌的钙质层层累积形成骨架,就像树的年轮一样留下了岁月痕迹。珊瑚骨架中的重金属含量和骨架形成之时的水体重金属浓度呈正相关。有研究者分析了广东大亚湾海域的珊瑚样品,这些样品为我们保留了约30年的记录:珊瑚骨架中锌的相对浓度稳步上升,在最近10~20年增速加快,浓度上升了3 ~5倍。

  污染现状究竟如何

  上述研究办法只是给了我们一种了解海洋重金属污染状况的可能途径。那么,有没有针对性更强的研究成果呢?他们的结论又是怎样的?我们的海洋重金属污染情况到底是怎样的?

  为对我国的海洋情况有一个综合全面的评价和认识,21 世纪初,我国开展了又一次规模大、时间长、项目多、内容丰富的近海海洋综合调查与评价专项工作——“我国近海海洋综合调查与评价专项”(简称“908专项”)。该专项涉及海域范围面积约占我国海洋总面积的20%。该项目被认为是对我国海洋情况迄今为止最客观、准确的一次调研,在其后相当长一段时间内都不会再有类似规模和强度的大型海洋环境研究,所以这个项目的数据对了解我国海洋状况具有重要的价值和意义。在该项目中,有相当多的研究内容是针对我国海洋,特别是近海重金属状况的,透过相关研究成果,人们可以对我国海洋重金属状况有一个全面而初步的了解。

  “908 专项”分别对表层海水水体、生物体和沉积物中铜、铅、锌、镉、铬、汞、砷这7种重金属含量污染现状进行了调查和评价。调查时间为 2006~2007 年春、夏、秋、冬四季,采样层次为表层水样、海底沉积物及海洋生物体。

  研究结果显示,我国近海海水重金属含量表现为:各季7种重金属元素的平均值都符合一类国家海水水质标准。不过,部分观测研究站点的铜、铅、锌、铬和汞超出一类国家海水水质标准,但多数符合二类海水水质标准,只有部分观测研究站点的铅元素超标,只符合三类国家海水水质标准;而所有调查观测研究站点的镉、砷都符合一类国家海水水质标准。渤海、黄海、东海和南海4个海区相比,铜、铅含量为渤海最高,南海次之,黄海最小;锌含量为渤海>南海>黄海>东海;镉、铬为渤海>黄海>南海>东海;汞为渤海>东海>黄海>南海;砷为东海>黄海>渤海>南海。

  总的来看,渤海海水重金属含量位居 4个海区之首。

  环境中的重金属状况反映到近海海洋生物体内,则表现为:除汞超标较严重的海区为黄海外,其他几种要素超标较严重的海区依然为渤海。

  为什么是渤海

  研究发现,我国近海海水中的铜、铅、锌、镉、铬、汞、砷7 项要素中,除了砷的含量为东海海区最高外,其他重金属要素均以渤海海区最高。海洋生物质量的 7 项重金属要素中,除汞外,其他要素超标较严重的海区也均为渤海。海洋沉积物中重金属含量以黄海最高,其次为渤海。这表明,我国近海海洋7 项要素的重金属污染,以渤海整体最为突出。

  分析其原因,渤海虽然占我国4个海区总面积的1.6%,承受污水总量却占36%,固体污染物占47%。有报道称,目前我国海洋环境污染物中陆源入海污染物约占90%,其余来自沿海养殖污染、海上石油、天然气开发以及海上废物倾倒。

  渤海重金属污染的主要来源为河流径流输入和沿岸直接排污口排放重金属。尤其是前者应该是渤海海区重金属污染的主要来源。

  环渤海地区共有地级城市26座,沿岸有大小港口近百个,黄河、小清河、海河、滦河、辽河等40余条河水流入渤海。各省主要重金属入海径流有:辽宁省有双台子河和辽河;河北省有滦河、漳卫新河、抚宁人造河;山东省有黄河和小清河;天津市有海河和永定新河。

  入海直排口排放污水虽然对整个海域污染的影响不大,但是对于直排口临近海域的危害相当大。国家海洋局的统计表明,渤海沿海地区排海点源共有259个,年入海污水量占全国排海污水总量的32%,各类污染物占全国入海污染物总量的47.7%。其中,渤海附近的一些重点企业通过直排方式对海域的重金属污染造成较大的影响。辽宁、天津、河北、山东几个重金属污染比较严重的排污口在每年国家海洋局监测调查中均存在不同程度的重金属超标,严重的如2003年辽宁省的葫芦岛锌业股份有限公司排污口临近海域监测结果表明:海水质量为劣四类,重金属污染物汞、镉、铅、砷、铜、锌全部超过四类海水水质标准。

  此外,渤海是全球11个典型的半封闭海之一,水交换能力差,海水自净能力有限,更新周期长达15年。而黄海、东海和南海海区相对比较开阔,水交换能力较好。这应该也是造成渤海海区海水重金属含量居四大海区之首的重要致因。

  结语

  目前,我国每年入海的重金属数量仍然不少,海洋重金属污染形势依旧严峻。如果及时采取科学的管理从源头减少污染,控制污染的扩散,给海洋生态环境以时间进行自我修复,局面犹可挽回。需要说明的是,我国的海洋重金属污染情况在空间分布上是极不均匀的,即使是在总体恶化的大背景下,仍有许多海域是清洁的。根据国家统计局的数据,2010年,受不同程度污染的近海海域面积为10.07万平方千米,其中严重污染的占4.78万平方千米,仍有4.24万平方千米较清洁的近海海域。

  维护海洋环境,我们可以做得更多。

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