環(huán)境轉(zhuǎn)歸石油污染物的環(huán)境行為

原油形成以后，會向地殼表面遷移，然后在地殼表面自然滲出或是被截留在滲透性差的沉積巖縫隙中。這些自然滲出并進入環(huán)境介質(zhì)(主要是水體)的原油，會在環(huán)境中存在的特異微生物和藻類的代謝作用下得到逐漸降解，從而保持了環(huán)境的生態(tài)平衡。然而，當石油被大量開采、運輸、加工和使用時，就不可避免地產(chǎn)生石油污染物并給環(huán)境及其生命系統(tǒng)帶來威脅。

石油污染物在環(huán)境中的遷移與一般的污染物質(zhì)有類似的轉(zhuǎn)移途徑。從污染源開始，污染物質(zhì)通過不同的途徑進入到大氣環(huán)境、水環(huán)境(包括地表水和地下水)和土壤環(huán)境，然后再從大氣環(huán)境、水環(huán)境和土壤環(huán)境轉(zhuǎn)移到植物、動物和人體，或者再通過食物鏈傳遞，最終對人的健康造成危害。進入大氣環(huán)境的污染物質(zhì)主要是通過蒸發(fā)，進入地表水環(huán)境則可通過徑流和滲漏等途徑，進入地下水環(huán)境則主要是通過滲漏。當污染源直接污染土壤時，土壤中的污染物則是經(jīng)過蒸發(fā)、滲漏、徑流后殘留在土壤環(huán)境中的。進入環(huán)境中的石油污染物，可借助各種自然力而擴大其污染的范圍。但不同的物質(zhì)在不同的過程中會有不同的表現(xiàn)。

原油進入環(huán)境后，尤其是進入水環(huán)境后，可以由于環(huán)境的自凈作用而得到降解，甚至完全消除。但是，如果石油污染物的排放量或強度超出了環(huán)境的自凈容量，生態(tài)平衡就會受到破壞，嚴重的環(huán)境污染則無可避免。有些生物種類對石油的污染具有一定的抵抗力。例如牡蠣、淺蝌、貽貝、斑點蟹等，能吸收大量石油在它們的鰓部和腸內(nèi)，對油污染有抵抗力。許多細小油珠可被它們吸收而從海面上消失。

石油有時也能造成土壤的嚴重污染。盡管土壤也具有一定的自凈能力，例如蒸發(fā)、溶解和生物吸收及降解等作用，但比較薄弱。大量碳原子數(shù)目多的烴類化合物因不能蒸發(fā)和溶解而聚集在土壤中，會影響土壤的通透性，破壞土壤環(huán)境，并對生命系統(tǒng)造成危害 。2100433B

1、有機污染物在環(huán)境介質(zhì)中的分布

有機污染物在土壤中的行為取決于它在土壤和其他環(huán)境介質(zhì)(空氣、水、生物)之間的分布或分配，這種分布情況可以用相應的分配系數(shù)進行描述，分配系數(shù)可反映有機污染物從一種環(huán)境介質(zhì)進入另一種環(huán)境介質(zhì)的趨勢。

土壤吸附系數(shù)(K_d)是描述一種有機物質(zhì)在土壤和土壤自由水之間分配的基本概念，是指吸附達到平衡時吸附在土壤或沉積物上的有機污染物的量與溶于水中的有機污染物的量之比。K_d值取決于土壤或沉積物以及有機污染物的理化特性。

2、有機污染物在土壤中的遷移

某些污染物質(zhì)可揮發(fā)或轉(zhuǎn)化成氣態(tài)物質(zhì)在土壤孔隙中遷移、擴散，以致遷移進入大氣?；瘜W物質(zhì)從土壤中的揮發(fā)過程包括解吸附、移動到土表和蒸發(fā)進入空氣等主要過程。影響揮發(fā)速率的因子包括化合物在土壤中的蒸氣壓、化合物移動到土表的速率、化合物因吸附而與土壤的相互作用、土壤中化合物的梯度濃度等。土壤特性如孔隙度、容重、水分含量、有機質(zhì)和黏土含量等，以及諸如氣溫、氣流及紊流等空氣條件都會對土壤污染物的揮發(fā)產(chǎn)生顯著影響。

污染物在土壤中的遷移及其對地下水的潛在污染作用，具有十分重要的意義。由于水的重力遷移作用，污染物在土壤中的遷移在總體上存在著向下的趨勢，同時地下水流向使污染物在總體上沿著水流方向移動。在污染物傳質(zhì)過程中，污染物分子不斷與土壤顆粒接觸而被吸附，同時又有許多分子從吸附位點上解吸下來，這種可逆反應過程伴隨著污染物在土壤中所有的遷移過程。污染物在土壤中的吸附、解吸動態(tài)過程是決定其遷移速率的最主要因素。

3、有機污染物在土壤中的轉(zhuǎn)化與降解

有機污染物在土壤中的降解過程可分為生物降解和非生物降解兩種方式，非生物降解主要包括光化學降解和化學降解。光化學降解是指土壤表面接受太陽輻射能和紫外線等而引起有機污染物的分解作用，大多數(shù)農(nóng)藥都能發(fā)生光降解作用，如辛硫磷和氟樂靈等在土壤表層的降解。化學降解以水解反應和氧化反應最為重要，如有機磷酸酯類和磺酰脲類農(nóng)藥等的降解作用。生物降解主要是土壤微生物的作用，即微生物降解，是指土壤中的微生物通過生物化學作用參與分解土壤的有機污染物，其降解機理包括脫氨作用、氧化還原作用、脫烷基作用、水解作用、環(huán)裂解作用等。對大多數(shù)有機污染物來說，生物降解是其環(huán)境降解過程的主要機理，即使尼龍、塑料和木質(zhì)素等大分子物質(zhì)，在適當條件也可以被生物降解。

4、生物吸收與蓄積

(1)植物吸收與蓄積

關于植物吸收、生物蓄積及其影響因素，在2．4節(jié)已有詳述，在此僅就植物吸收和蓄積的普遍性做進一步的說明，其余不再贅述。土壤中的許多污染物，尤其是可溶性的污染物，可以通過作物根系吸收進入植物體內(nèi)，揮發(fā)性污染物還可以通過呼吸作用進入植物體，即便是那些難溶于水、難揮發(fā)的污染物，在土壤、水和大氣中仍可能以痕量的水平存在，就有可能被植物吸收。由于植物在吸收營養(yǎng)物過程中并無絕對嚴格的選擇作用，因此植物對污染物的吸收是廣泛的。大量的研究已經(jīng)表明，陸地生態(tài)系統(tǒng)中主要的有機、無機污染物均可被作物吸收和蓄積。如DDT、阿特拉津、氯苯類、多氯聯(lián)苯類、氨基甲酸酯類、多環(huán)芳烴類及其他有機污染物可以被谷物、蔬菜、樹木、食用菌和牧草等植物體吸收與累積。

(2)動物吸收與蓄積

污染物從接觸動物體到最終被固定或排出，一般要經(jīng)過一系列吸收、分布和積累、轉(zhuǎn)化、固定或排泄等過程 。

1、大氣污染物的遷移

污染物在大氣中的遷移是指由污染源排放出來的污染物由于空氣的運動使其傳輸和分散的過程，遷移過程可使污染物濃度降低。影響大氣污染物遷移的主要因素有污染物的排放狀況、氣象條件和下墊面狀況。

2、大氣污染的化學過程

污染物的轉(zhuǎn)化是污染物在大氣中經(jīng)過化學反應，如光解、氧化還原、酸堿中和等反應，轉(zhuǎn)化成為無毒化合物，從而去除了污染，或者轉(zhuǎn)化成為毒性更大的二次污染物，如光化學煙霧、酸雨和臭氧等，加重了污染。因此，研究污染物的轉(zhuǎn)化對大氣污染毒理學具有十分重要的意義。

3、大氣污染的生態(tài)毒理學效應

（1）大氣污染對人體的毒性效應

大氣污染物侵入人體的主要途徑有三條，即呼吸道、皮膚上的毛孔及消化道，其中以呼吸道侵入最為重要。污染物從鼻腔經(jīng)喉、氣管和支氣管到達肺泡。肺泡表面積大，毛細血管豐富，不僅適于02和CO₂的交換，對許多大氣污染物如CO、SO₂等有害氣體的吸收也很快。大氣污染物隨呼吸氣流首先進入呼吸道內(nèi)，呼吸道黏膜對污染物有很強的吸收能力，對污染物特別敏感。雖然經(jīng)呼吸系統(tǒng)進入體內(nèi)的污染物可以通過血液循環(huán)系統(tǒng)在全身分布并造成全身性健康損害，但由于呼吸道與大氣污染物接觸時間長，接觸濃度高，且往往是多種污染物同時作用，使呼吸器官成為大氣污染的主要危害部位。

大氣中刺激性污染物也可不經(jīng)人體吸收而直接刺激呼吸道黏膜、眼睛及體表皮膚，甚至可通過直接接觸產(chǎn)生化學腐蝕作用，如光化學煙霧對人眼睛有很強的刺激作用，會使人患上紅眼病。

大氣環(huán)境中往往有多種形態(tài)不同、化學特性各異的污染物同時存在。與單一毒物對機體的作用相比，大氣污染物對生物體毒理作用的機制更為復雜、更為多方向性。

2、對植物的毒性效應

陸生植物尤其是一些對大氣污染物敏感的植物種類，一旦遇到污染，可依污染程度在群落、個體、細胞和組織器官、細胞內(nèi)酶系和生理反應等不同生命層次上做出應激反應。大氣污染對植物的危害可以分為急性危害、慢性危害、不可見危害和間接危害四種情況。

3、對動物的毒性效應

大氣污染嚴重時，家畜等動物會因直接吸入大量污染物而引起急性中毒，甚至大量死亡。1952年的倫敦煙霧事件中，首先發(fā)病的就是參展的350頭牛，其中66頭因呼吸系統(tǒng)嚴重受損而死亡。日本上野動物園也曾因大氣嚴重污染使養(yǎng)的鳥大批死亡，死亡鳥類的肺部有大量的黑色煙塵沉積。

大氣污染物可沉降進入土壤和水體，被生物富集后通過食物鏈的放大作用對革食動物和食肉動物造成危害。例如，美國阿那空銅礦冶煉廠排出的大量含砷廢氣，污染了周圍牧草，牧草含砷量高達400mg/kg，致使24km內(nèi)的馬、牛、羊等家畜大量中毒死亡，3000只羊中毒，600只死亡，死畜的肝臟中含有大量的砷。

4、室內(nèi)空氣污染及其毒性效應

室內(nèi)空氣污染，是繼煤煙型污染、光化學煙霧型污染后出現(xiàn)的第三代城市大氣污染問題。據(jù)統(tǒng)計，中國每年由于室內(nèi)空氣污染引起的死亡人數(shù)已達到11.1萬人，室內(nèi)空氣污染已經(jīng)引起37.5%的呼吸道疾病、22%的慢性肺病和15%的氣管炎和肺癌。室內(nèi)空氣污染問題已成為人們普遍關注和研究的環(huán)境問題。

污染物進入環(huán)境后，進行機械性或物理化學遷移，分布到大氣、水、土壤等環(huán)境中，其形態(tài)、結構和濃度均發(fā)生很大變化。

同時，生活在其中的生物體也會主動或被動地對污染物進行吸收或做出響應。

如果是化學污染物，吸收進入體內(nèi)后經(jīng)循環(huán)系統(tǒng)或運輸組織輸送到生物體內(nèi)的各個組織、器官及細胞，將會發(fā)生生物轉(zhuǎn)化導致化學結構和性質(zhì)改變。

一部分污染物經(jīng)生物轉(zhuǎn)化后排出體外，而有些污染物由于其自身具有的特殊性質(zhì)，會在生物體內(nèi)積累，積累的這部分污染物還可隨生態(tài)系統(tǒng)中食物鏈營養(yǎng)級的轉(zhuǎn)移而在更高營養(yǎng)級的生物體內(nèi)積累，造成生物放大。

重力歸算空間改正

空間改正是將海拔高程為h的重力點P上的重力值g歸算為大地水準面上P₀點的重力值g₀(圖1)。歸算時不考慮地球表面和大地水準面之間的質(zhì)量，只考慮高程h對重力的影響。設重力在沒有質(zhì)量的自由空間的垂直梯度為?g/?h，則把地面上的重力值g歸算為大地水準面上P₀點的重力值g₀的空間改正為：

式中h以m為單位。

將地面點的重力觀測值g加上空間改正△_1g后，再與正常橢球面上的正常重力值γ，相減，得：

重力歸算布格改正

空間改正沒有顧及地面和大地水準面之間的質(zhì)量對重力的影響。這一層間質(zhì)量對地面點P的重力影響的改正，稱為層間改正。現(xiàn)在要把這一層間質(zhì)量去掉；沒有這一層質(zhì)量，地面點的重力值顯然要減小，故層間改正為負值。

現(xiàn)在推導地面點P的水平面與大地水準面之間的質(zhì)量對P點的引力。因為遠離P點的地區(qū)對P點的引力影響不大，而在P點的鄰近，地球的曲率可不考慮。因此，可以假設這一質(zhì)量層不是球?qū)?，而是密度為δ的均質(zhì)圓柱層(圖2)。在此圓柱層中取一質(zhì)元dm，它對P點的引力在重力方向上的分量為：

地球表面上的重力值，可以近似地看成是一個半徑為R的均質(zhì)圓球的引力，即：

式中

取g=980 000mGal，R=6371km，

式中δ以g/cm³為單位，h以m為單位，Δ_2g以mGal為單位。δ通常采用2.67g/cm³，則層間改正為：

通常將層間改正和空間改正之和稱為布格改正，即：

重力歸算局部地形改正

在進行布格改正時，認為計算點P的周圍是平坦的，且物質(zhì)的密度相同。實際情況并非如此，特別是在丘陵區(qū)和山區(qū)。設P點周圍的地形分布如圖3所示，若視該點周圍地形是平坦的，只加層間改正，則質(zhì)量m1和m3對P點的引力就沒有去掉，而原來不存在的質(zhì)量m2和m4卻被認為對P點有引力，并把它們扣除了。這樣就必然引起誤差。為此，必須先扣除質(zhì)量m1和m3的引力，并補上質(zhì)量m2和m4的引力，然后再加層間改正。這種去掉高出P點水平面的質(zhì)量和補上P點水平面之下缺少的質(zhì)量所應加入的改正，稱為局部地形改正，以Δ_3g表示。由于高出P點水平面的質(zhì)量對P點的引力(例如F1)向上，它使P點的重力減小，而去掉這些質(zhì)量應使P點的重力增大；P點水平面下沒有質(zhì)量的地方要填進質(zhì)量，它對P的引力(例如F4)向下，使重力增大。所以不論周圍地形是高出P或低于P，局部地形改正總是正值。

如圖4，以計算點P為中心，以不同的半徑r_i作圓柱面，將周圍地形質(zhì)量劃分為圓環(huán)柱體。又過P作一些輻射線，將每個圓環(huán)柱體等分為n塊梯形柱體。第i個圓環(huán)第k個梯形柱體引起的局部地形改正為：

將局部地形改正與布格異常相加，即得“精化的”布格異常。局部地形改正在平坦地區(qū)可達0.1~1.0mGal，在高山地區(qū)則可達10~100mGal。

如果地面觀測的重力值g只加入空間改正和局部地形改正，再減去正常橢球面上相應的正常重力值，則得出法耶異常 ：

重力歸算地殼均衡改正

現(xiàn)有三種地殼均衡模型，其中以普拉特-海福德模型比較簡單，適用于重力歸算。這一模型認為，海面以下某一深度D處有一等壓面，稱為抵償面；若將地殼分割成許多截面相等的柱體(圖5)，各柱體的質(zhì)量是相等的。各柱體海面以上的部分，物質(zhì)密度是地殼平均密度δ；海面以下的部分，物質(zhì)密度小于δ，假設為

容易看出，對觀測重力值加入均衡改正，就是求出各個柱體的抵償密度為δ₀的質(zhì)量對計算點的引力；因此，只要在第i個圓環(huán)第k個梯形柱體引起的局部地形改正公式中將z的積分限從0到h_ik換為從h到h D，h為計算點P的高程。將地殼的平均密度δ換成抵償密度δ₀，則可直接得出大陸地區(qū)的均衡改正公式：

對于大陸來說，均衡改正是將海面以外的質(zhì)量移到海面至抵償面之間，使之成為均質(zhì)厚層，所以應該在觀測重力值中加上它。對于海洋地區(qū)來說，均衡改正計算公式相同，僅抵償密度不同。

觀測重力值加入空間改正、局部地形改正、層間改正和均衡改正，再減去正常橢球面上相應的正常重力值，即得均衡異常 ：

《原木歸楞(LY/T 1371-2002)》由中國標準出版社出版。

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