银海

摘 要：监测和预测地下水砷污染，可以了解到自然因素引起的砷污染规律和原因。通过对某地的实地调查勘验，就可基本了解和掌握砷的化学性质，从而可总结出地壳表层砷的循环与污染地下水模式。

关键词：地壳表层；砷循环；污染

0 引言

在环境问题日益突出的情况下，由自然因素引起的地下水砷污染演变成世界环境问题。尤其是冲积层的含水层砷污染，对人们身体健康与生活水平的影响越来越明显。从全球范围来看，亚洲孟加拉国与印度西孟加拉邦是地下水砷污染最为严重的国家和区域。从资料记载中了解到，就孟加拉国至少有3 500万人暴露有砷中毒，存在非常严重的健康隐患。砷是最为严重的致癌物质。如果长期摄入，就会提高膀胱、肝脏、前列腺以及皮肤癌的发病率。但是砷对人类健康的影响，主要看当地的实际情况。高砷饮用水是人类健康的最大威胁。实际上我国也是全球范围内水砷污染比较严重的国家之一，直至2010年，就发现有20 114人出现砷中毒。因此，深入研究地壳表层砷循环与污染地下水模式，就可揭示由自然因素引起的地下水污染规律。

1 自然环境中砷的分布

即使存在于自然环境中的砷非常少，但是砷属于地质岩石当中都有的元素之一。自然产生的砷多存在于岩石、矿床以及矿物中，而松散岩石中的砷大部分来自起源物，生物、风化以及地质作用，如地震、火山活动等，通过物理和化学作用产生[1]。通过相应的活动聚集于地层中的砷，在地质的影响下，尤其是地下氧化还原条件与生物化学条件的变化，促使其再次发生迁移，造成地下水砷污染。地壳中的砷矿物质超过500种，具有典型性的有毒砂、砷黄铁矿、雄黄、雌黄、红砷镍矿以及辉钴矿等。比较常见的岩石矿物中砷的含量并不是非常高。实际上，在大部分的氧化物与含水金属氧化物中，可以含高浓度砷，而这些砷有的会成为矿物结构的组成部分，有的以吸附态存在。即使自然界中砷到处可见，但是在岩石、松散沉积物与土壤中含量并不能确定。

2 地壳表层砷的循环与污染地下水模式

在研究分析砷化学性质以及全球砷地下水分布情况、形成机理以及特征的基础上，就可了解到砷在地壳表层迁移、聚集、再迁移的地球化学行为与循环，由此就可以揭示出砷在地壳表层的循环规律，并由此产生的地下水污染模式。

2.1 矿床水污染模式

地壳表层中的砷在岩石、矿床以及矿物的物理和化学作用下，会导致部分砷分散在环境中。而这些分散在地表水中的砷受到地表水的影响，部分会直接渗透到地下，唯有含有砷的矿床、高矿化地带以及矿坑遗址形成高浓度砷渗透水，直接造成地下水污染。这种污染路径最具代表性的就是砷矿物黄铁矿。该种矿物质经过养护额分解后就会引起地下水砷污染。在黄铁矿和氧气、水发生反应后，就会形成二价铁离子与硫酸根离子，而二价铁离子会因氧化作用氧化变成三价铁离子。各种化学反应，就会直接让三价铁离子直接氧化分解黄铁矿。通常情况下，二价铁离子的氧化速度相对缓慢，但是在反应的时候，如果有铁氧化细菌加入其中，反应的速度就会增加好多倍。通过研究分析这种污染模式，可发现墨西哥、玻利维亚、希腊、中国云南、加拿大、蒙大拿州以及加拿大等国均有不同程度的富砷矿床存在。如果是没有受到污染的地表渗透水，并不会直接引起地下水砷污染。

2.2 还原解吸污染型

砷如果分散在湖泊、地表土壤以及河流中，就会受到胶体与生物的作用，再一次地向河流、湖泊底部聚集。而这些再次聚集的砷，经过很长一段时间沉淀后，会通过地表向地下运动。随着时间的推移，不断变化的介质条件与环境条件以及人类活动等多种因素的影响，就会形成高砷地下水。就这一类污染模式，地壳中的砷主要是被容易形成胶体的氢氧化物以及金属氧化物吸附存在。其中必然包含水生物吸收浓缩的有机砷。在地下还原环境增强，pH值升高的情况下，就会活化砷，导致金属氧化物、氢氧化物中的砷被解吸出来。根据这样的分析就可看出，地表水层中的浓度升高，分解氢氧化物与铁氧化物，必须具备一定的条件，即封闭的环境或水的饱和度、有机碳的来源以及有限的硫元素和促进微生物还原溶解铁的氧化物。受到这几方面的影响，尤其是微生物还原剂的有机碳，是砷溶出的关键因素。如果不确定地壳分布情况，就会影响地下水中砷的含量，而这其实也是部分地区水砷含量变化的主要因素。与此同时，在各种化学反应不断进行的过程中，水中HCO3离子浓度就会持续性的增多，导致pH值升高。砷以沉积物的状态存在，就会被碱性的水溶解。这种类型地下水主要分布在古湖泊、古河流的交汇处或河流入海的三角洲等区域[2]。

2.3 原生与后生矿物氧化分解污染类型

受到风化作用的影响，地表中岩石、矿床以及矿物质中的砷转化为碎屑物，同时受到地表水、风等外力的影响，很容易搬运到河流、湖泊中，由此形成含砷矿物质的沉积物。与此同时，在大型的湖盆中，受到生物与化学的影响，会产生一定数量的含砷矿物质。存在于地下沉积的原生与后生含砷矿物质，会根据环境条件的变化，尤其是细菌与微生物的作用，将此类砷矿物养护额分家，从而产生高砷地下水。这种类型的地下水砷污染与还原解吸污染型有一定的相似之处，多分布在冲积湖积盆地、河流三角洲、海路交互的沉积盆地。另外，还有一种富砷地热温泉水污染型。这种污染是引起多数国家与地区地下砷污染的主要原因之一。

3 结语

根据地壳表层砷循环与污染水地下模式，就能够了解砷在地表、沉积盆地、平原以及地下水盆转化、聚集以及迁移的变化过程，由此就可掌握某区域的地质环境，并预测地下水砷污染的情况。

参考文献

[1]高存荣，冯翠娥，刘文波，等.地壳表层砷的循环与污染地下水模式[J].地球学报，2014，15（6）：741-750.

[2]董一慧，马腾，谢先军，等.地下水砷污染防治试验研究[J].水利水电技术，2015，46（1）：21-25.

（作者单位：内蒙古地质矿产勘查院）