这些人类制造的“无声杀手”,可能就潜伏在我们身边
2020-01-15 09:31

这些人类制造的“无声杀手”,可能就潜伏在我们身边

文章来自公众号:我是科学家iScientist(ID:IamaScientist),作者:祝叶华,题图来自:图虫创意。


1956年,日本水俣湾地区被一种可怕的病症笼罩——患者们浑身抽搐、手足变形、弯腰弓背,甚至因此死亡。这就是历史上骇人听闻的“水俣病事件”。


水俣病 | 尤金·史密斯拍摄


水俣病事件是重金属(汞)污染导致的恶果。而重金属污染是人类健康和生态环境最大的威胁的之一,至今仍然不可小觑。由于无计划的工业化和城市化的发展,环境中重金属的浓度正以惊人的速度增加,大气、水体和沉积物中有毒重金属的长期存在及其在食物链中的生物积累,给所有生物带来了严重的灾祸。


在世界卫生组织公布的引起重大公共卫生关注的10种化学品中,镉、汞、铅赫然在列。这些金属元素属于系统性毒物,对人们的健康极具威胁,即使是在较低水平的暴露下,也会导致多个器官损伤。


这样的超强“杀伤力”让重金属一直广受关注。这些年,含镉大米、婴儿食品中重金属超标的话题一直拨动着人们紧绷的神经。


重金属污染之殇


古罗马文明是人类文明史的重要组成部分,有史学家认为它是西方文明的主要源头之一。但高度发达的古罗马文明,不仅带来了的光辉成就,也暗藏悄无声息的污染。


有研究发现,来自罗马帝国的铅污染落在格陵兰岛上,并在冰层中被保存下来。2018年,牛津大学考古学家与冰芯研究专家合作测量了一个横截面约为400米的格陵兰冰芯上若干处的铅浓度,绘制了罗马时代铅污染图,获得了罗马铅污染在1900年间的异常详细的时间线。被测试的冰芯代表了公元前1100年~公元800年冻结的冰层[1]


来自罗马帝国的铅污染在格陵兰冰层中保存下来 | Pixabay


古罗马的灭亡是否和严重的重金属污染有关尚无定论,但是在千年之后的20世纪,日本发生了两件震惊世界的重金属中毒事件,由此产生的病症世人皆知,即日本的水俣病和痛痛病


1953~1956年日本水俣病事件是汞中毒的结果,含汞废水被鱼食用并在鱼体内转换成甲基汞,水俣镇附近居民会食用富含甲基汞的鱼被人体吸收,在体内不易分解,排出慢且毒性大。甲基汞是高神经毒剂,多在脑部积累,人体内甲基汞积累到一定浓度就会产生文章开头提到的一系列症状。


1955年~1963年神东川的骨痛病,则是镉超标中毒的结果。炼锌厂将含镉废水排放入神东川河,农民长期引河水灌溉稻谷,沿岸居民饮用含镉之水,食用的稻米也含有镉,在体内积累到一定浓度后,痛痛病就产生了。痛痛病会引起患者全身关节疼痛、骨骼畸形,叫苦不迭甚至自杀。


2011年,《新世纪》周刊的一篇《镉米杀机》引起了举国上下的关注,在当年的“两会”上,镉米也成为了热点话题。这起“镉米事件”可以说是一个节点,让政府和公众再一次看到中国重金属污染的问题。已经有多位专家证实,早在20世纪60年代以前,文章中报道的广西阳朔县兴坪镇思的村就已出现重金属镉污染,所产稻米中镉含量亦严重超标。当地人长期食用镉超标的大米。


云南铬渣污染是2011年最严重的污染事件之一,《云南信息报》刊载的一篇《5000吨剧毒铬渣来了》将这起污染事件呈现在读者面前,最终地方政府道歉、迅速处理污染、抓捕污染者,中央政府有关部门通报,在全国引起强烈反响。


镉污染土地长出的大米也会超标 | 财新网


上天入地下海,重金属污染无处不在


环境中的重金属来自方方面面,其中包括地球成因、工业、农业、制药、家庭废水和大气来源。


环境污染在点源地区,如采矿、铸造厂和冶炼厂以及其他金属工业作业中非常突出。虽然重金属是在地壳中普遍存在的自然元素,但大多数污染是由人为活动造成的,如采矿和冶炼作业、工业生产和使用、家庭和农业使用金属或含金属化合物。


地表水重金属污染是一个全球性的环境问题


一项最新研究分析了1970-2017年间五大洲(非洲、亚洲、欧洲、北美和南美)河流和湖泊中八种溶解重金属的趋势、健康风险和来源[2]。总体来看,水系中镉、铬、镍、锰、铁呈上升趋势,铅、锌呈下降趋势。大多数重金属的平均溶解浓度在亚洲最高,在欧洲最低。


从1970年到2017年,采矿和制造业一直被认为是金属污染的关键来源。但各大陆的重金属来源存在明显差异,非洲以废弃物排放和岩石风化为主;亚洲和南美洲以采矿和制造业以及岩石风化为主;北美洲以化肥和农药的使用为主;欧洲则是采矿和制造业、废物排放和岩石风化占主导地位。


地表水重金属污染是全球性环境问题 | Pixabay


中国在保护土壤免受快速工业化和城市化污染方面面临巨大挑战。


根据中国的土壤环境质量标准,最近的全国调查显示,16%的土壤样品,19%的农业土壤样品受到污染,主要是重金属和金属。中国土壤中某些重金属的浓度似乎在以更快的速度增加。在一些地区,特别是中国南方,由于污染物输入量增加,土壤呈酸性,作物品种容易积累重金属,导致粮食作物中污染物超标的现象普遍存在[3]


云南曲靖铬渣堆场 | 财新网


2016年,联合国儿童基金会发布了一份报告(《空气危害(Danger in the air)》)称,空气污染将是本世纪威胁孩童健康的致命杀手,约有3亿儿童生活的地区室外空气受到了严重污染。这样的空气会对儿童的身体造成严重损害,包括对他们正在发育的大脑造成损伤。在空气污染中,重金属颗粒是非常重要的污染物之一。


重金属寻踪


重金属废物的来源非常广泛,涉及采矿、冶金、电镀、钢铁、化工、机械制造、电子和仪表等行业。重金属不能被生物降解为无害物,从而在生物体内累积,某些重金属在微生物的作用下还可转化成毒性更强的有机化合物;此外,重金属在很低的浓度下就可产生毒性作用,一般的重金属产生毒性的范围大约在 1.0-10 mg/L,因此应严格控制重金属废水的污染排放,是遏制污染物的重要手段和措施。


广西大新铅锌矿因未做好废水污染物处理,开采40余年造成了十分严重的环境危害 | 图虫创意


对于已经被重金属污染的土壤和水体,科学家也在积极采取各种技术手段来降低重金属对环境和生物体的伤害。


想要去除环境中的重金属,首先要找到重金属的踪迹,生物监测方法就是行之有效的方法之一。很早之前,科学家就知道,蜜蜂落在花朵和叶子上时会吸收上面附着的少量金属元素(铁、锌、铅、镉等污染物)。最近,对蜂蜜进行的铅同位素分析,已经证明了其作为铅源解析应用的生物监测器的有效性


科学家直接从加拿大六个地理区域的蜂箱中收集蜂蜜,用以调查来自城市、工业、住宅和农业不同分区的潜在污染物。蜜蜂把这些金属带回蜂房,在那里,微量的金属被混入蜂蜜中。通过分析蜂蜜中不同铅同位素的相对存在,温哥华的科学家已经能够在整个地区追踪铅(和其他金属)的来源[4]。法国、比利时和意大利的科学家们现在正在寻找同样的方法来测量欧洲主要城市蜂蜜中的污染物。


也有科学家们将蜂蜜和鲑鱼的分析结果结合起来,展示了自然和工业来源的铅是如何在整个环境中分布的[5]


蜜蜂可以帮助监测城市污染 | phys.org


褐鳟是西班牙北部河流中的一种本地鱼。它是这些河流中的主要鱼类物种,广泛分布于该地区的所有淡水生态系统,包括可能受到重金属污染的生态系统。科研人员对来自西班牙北部三条河流的非生物舱(水和沉积物)和褐鳟体内的铜、铅和镉浓度进行了分析。结果发现,鳟鱼肝脏沉积物铅含量与铅浓度之间存在显著的相关关系。幼鳟鱼也被证明是有用的铜和铅污染的生物监测器[6]


鸟蛋、蛇、贝类等都被科学家用来监测环境中重金属污染物的存在,随着监测技术手段的不断向前推荐,更多的动物更甚者植物会被用在重金属污染的监测中。


重金属污染也并非不可逆,但存在难治理的现实问题。所以,土壤重金属污染应当把“防”作为重点,如果“防”的工作没有做好,就会出现更糟糕的情况,即污染的速度比治理的速度还快。对中国而言,由于之前几十年的工业化发展,重金属污染不容乐观。儿童血铅事件、镉米事件都给我们敲响了警钟,只有抓紧防范,才能避免更多的重金属污染灾难。


参考文献:

[1] Joseph R. McConnell, Andrew I. Wilson, Andreas Stohl, et al. Lead pollution recorded in Greenland ice indicates European emissions tracked plagues, wars, and imperial expansion during antiquity[J]. PNAS, 2018, https://doi.org/10.1073/pnas.1721818115.

[2] Li Youzhi; Zhou Qiaoqiao; Ren Bo; et al. Trends and Health Risks of Dissolved Heavy Metal Pollution in Global River and Lake Water from 1970 to 2017[J]. Rev Environ Contam Toxicol ; 251: 1-24, 2020.

[3] Zhao Fang-Jie, Ma Yibing, Zhu Yong-Guan, et al. Soil Contamination in China: Current Status and Mitigation Strategies[J]. ENVIRONMENTAL SCIENCE & TECHNOLOGY, DOI: 10.1021/es5047099.

[4] Kate E. Smith, Dominique Weis, Marghaleray Amini, Alyssa E. Shiel, Vivian W.-M. Lai & Kathy Gordon. Honey as a biomonitor for a changing world[J]. Nature Sustainability, volume 2, pages 223–232(2019).

[5] https://phys.org/news/2019-08-scientists-honey-wild-salmon-industrial.html.

[6] A.R.Linde, S.Sánchez-Galán, J.I.Izquierdo, et al. Brown Trout as Biomonitor of Heavy Metal Pollution: Effect of Age on the Reliability of the Assessment[J]. Ecotoxicology and Environmental Safety, Volume 40, Issues 1–2, May 1998, Pages 120-125.


文章来自公众号:我是科学家iScientist(ID:IamaScientist),作者:祝叶华(清华小博士一枚,喜欢回答孩子天马行空的问题)。

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