海洋中的主要化学污染物及其危害，本文主要内容关键词为：污染物论文,海洋论文,化学论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
海洋是人类赖以生存的重要自然环境，海洋又是世界上一切废污的最后“收容所”。目前天然和人造化合物有上千万种，并且每年还在增加。这些数以万计的化学物质最终都将进入海洋中，从而对海洋造成严重的污染。海洋污染研究始于40年前，当时是以研究向海洋中倾倒放射性废物为起点。目前对于海洋污染的定义可以描述为人类直接或间接地把一些物质或能量引入海洋环境（包括河口），以至于产生损害生物资源、危及人类健康、妨碍包括渔业活动在内的各种海洋活动、破坏海水的使用素质和舒适程度的有害影响。
本文对海洋中的主要污染物，包括无机污染物、有机污染物及放射性污染物的来源及危害等方面做简要的综述，以提高人们对海洋污染与防治的了解与关注。
1 海洋环境中的无机污染物
在化学世界里，90％是金属及其各种化合物，尤其是重金属化合物对海洋环境的污染，是现代海洋污染研究中的重要内容。导致海洋环境污染比较重要的重金属有Hg，Cd，Pb，Zn，Cr，Co，Ni，V，Ag等。 砷、硒是非金属，但其毒性及某些性质类似于重金属，所以在环境化学中多把它们作为类金属研究。表1 给出了由于地质化学作用和工业生产产生的某些金属元素的量。
下面介绍几种对海洋生物及人类危害严重的几种重金属污染。
1.1 汞污染
50年代曾引起日本“水俣病”的汞污染水域，汞的含量高达2000mg／kg，而非污染区内汞的含量仅为0.4mg／kg～3.1mg／kg。总的说来，未受污染的岩石、沙土等物质，其汞的含量为0.01mg／kg～0.5mg／kg。从表1可以看出，估计每年因岩石风化释放出来并且最终进入海洋的汞为3500t，同时陆地上的汞还通过大气而进入海洋。 一般认为大气中以灰尘颗粒状态存在的汞为12000t。估计每年进入表层海水的汞达5万吨。地壳深层中的汞偶然也会进入海水中，这是由于地壳内的物质向上涌溢的结果并因此导致海底扩张、大陆漂移。因岩石圈释放的气体而进入海洋中汞的数量估计每年为2.5万吨～15万吨。
人们还无法确定其中由于人类活动产生的汞和由于自然作用过程产生的汞各占多大比例。世界上仅有少量汞矿， 每年总产量大约为9000t。从汞的应用来看，大部分的汞迟早要扩散到自然环境中去，当然也会进入海洋。
煤和石油中含汞较多且变化较大，但大都在1mg／kg 的含量范围内。当煤燃烧时，有90％的汞进入大气，一个600 兆瓦的发电机组每日释放的汞为2500g，每年因矿物燃料燃烧而最终进入海洋的汞估计为2000t。
海洋中的汞含量越高，生物体内富集的汞也越多，对海洋生物的毒害也越大。而当人类食用这些含汞浓度较高的海产品时，则会发生汞中毒。在日本水俣湾地区正是由于鱼体内汞增高，才使很多人深度中毒。为此，1972年，世界卫生组织和联合国粮农组织（FAO ）的专家联合委员会就确定了人类食品中汞的容许含量，一个人每周摄入食物中的甲基汞的容许量为0.2mg或总量为0.3mg的汞。
1.2 镉污染
1972年世界卫生组织和联合国粮农组织专家委员会得出的结论认为：“镉的容许含量不得超过人体重量的0.0075mg／kg，或每人每周摄入量不得超过0.5mg”，饮用水中镉的含量不得超过10μg／L。 从这些数据可以看出，镉的最大容许含量值比汞的含量值稍高一些。实际上镉是一种毒性非常强的元素，与汞一样，一旦被人体吸收，就无法将其充分地排泄到体外，因此它具有异常的潜在毒性作用，过几年以后，镉便蓄积在人体骨骼中。在日本等国已经发生了因镉中毒而引起的致命病症，同时高血压也证实与镉污染有明显的关系。
沿海地区由于工业废水和淤泥污染，海产品中镉的含量较高，并可能对人体健康产生危害。如扇贝肝脏内镉含量为2000mg／kg。全世界所有的镉矿每年产镉大约为1.5万吨。以海水中镉含量0.1μg／L计，世界大洋水域中共含约为14000万吨。 显然人类生产是不可能影响大洋中的镉含量的。但由于海洋中镉迁移能力所限，镉在海洋中的分布是不均匀的。如向沿海水域排放含镉污染物，将会导致该海域海产品中含镉量增加，危害海洋生物及人类的健康。
1.3 铅污染
在地壳物质中铅远比汞和镉的含量丰富。人类使用铅已有4000多年的历史，据估计远在1850年之前被熔炼的铅已有13000万吨， 现在大约每年开采350万吨。估计每年通过大气进入海洋的铅大约为3000吨。 在过去40年中，大约已有1000万吨铅转化成四乙酸铅。当汽油燃烧后，铅则逸散到大气中变成微小颗粒。估计每年因汽油燃烧而进入海洋的铅为37000吨。海洋的铅更多来自路面径流、 油漆以及含铅物质的表面风化经江河进入海洋。
对于海洋生物来说，铅不像汞和镉的毒性那样强。一般把0.1mg ／L这个值看做是显示出有害作用的临界值。通过用贻贝实验结果表明，铅有潜在的毒性。铅能破坏海洋的生态平衡，从而使很多海产品不适于人类食用。科学家们认为现在的海洋生物的含铅量比几千年前的海洋生物体的含铅量增加了大约20倍左右。
世界上各国都制定了汽油中的含铅量标准。我国许多城市和地区已经全面推行无铅汽油，这对减少铅对大气和海洋污染将产生积极的影响。
2 海洋环境中的有机污染物
污染海洋的有机物有二大类：一类是人工合成的有机物，它们包括合成有机氯、有机磷和其他有机化工产品，据美国USTC报道，到60年代末，这类污染物年产量为10[7]t，全世界产量约为它的3倍； 另一类为天然产物，如生物毒素、石油和天然气等。下面介绍海洋中几种重要的有机污染物。
2.1 海洋中的油污染
在海洋各种污染物中，石油污染是最普遍和最严重的一种。海上浮油主要来自海上运输和海底开发等海洋直接污染。从海底自然溢出的油，相当于因海上事故而进入海洋油的总量。碳氢化合物与其他石油组分也可通过大气进入海洋，据估计每年可达1000万吨。通过江河、生活污水、路面径流进入海洋中的石油是非常可观的，估计总量达250万吨。 因近海石油钻探溢出的油每年就有10万吨以上。
大量实验结果表明，当海水中油的含量为1mg／L或溶于水的石油组分的含量为1μg／L时，就能对敏感生物产生危害[2]。如：可以妨碍刚孵化出的幼鱼的健康。一旦鱼卵在大面积油膜下漂浮时，可能会因鱼卵被污染而导致孵出的幼鱼死亡。
石油污染对鸟类的危害很大。海鸟接触到油膜后，因羽毛能吸收石油，造成羽毛失去正常防水能力，从而导致海鸟丧失浮力，或被冻死、或被淹死。当海鸟用嘴巴整理羽毛时，毒性石油组分就进入海鸟的消化系统。若海鸟在孵化期间羽毛染上了油污，石油的毒性组分也渗透入蛋中，而妨碍了其正常的繁殖。
另外，当海面飘浮着大片油膜时，降低了表层水的日光辐射，妨碍了浮游植物的繁殖，而浮游植物是海洋食物链的最低一环，其生产力为海洋总生产力的90％左右，它的数量减少，势必引起食物链高环节上生物数量的减少，从而导致整个海洋生物群落的衰退。同时浮游植物光合使用所释放出来的氧，也是地球上的氧的主要来源之一，因此浮游植物数量的减少，将影响海－空氧的交换和海水中氧的含量，最终也会导致海洋生态平衡的失调。因此每当发生一次大的溢油事故，其周围海域的海洋生物都将是一次灭顶之灾。
2.2 合成有机化合物的污染
有机氯、有机磷农药和多氯联苯等人工合成物质，在环境中和石油一样是不易降解的一类污染物。有人把它和重金属以及石油一起统称之为“永久性”污染物。人工合成的杀虫剂、除草剂等化学农药已有数千种，它们在农业生产上起了很大的作用，同时农药对保持环境卫生、除害灭病方面也是不可缺少的。但是这些农药多半毒性强、残效长、稳定性高（目前大多致力于长效和低毒农药的合成）。如DDT 在环境中要使其毒性成分减低一半，需经10年～15年的时间。它们不仅污染了农田牧场，残留在菜、果、谷物以及禽畜肉、蛋中并通过各种途径最终进入海洋环境，积蓄在鱼、贝、虾、蟹体内，对海洋水产资源造成严重的危害。
许多海洋生物对有机磷和有机氯具有很高的富集能力。通过食物链或直接由鱼鳃膜和细胞壁进入人体内，并积蓄于脂肪含量较高的如皮脂、鱼卵、内脏和脑中，其富集系数可达几千倍到几万倍。世界卫生组织（WHO）认为，每人（体重为60kg）每日摄入4.2mg或每日摄入0.07mg／kg体重的多氯联苯，就会出现皮肤反应现象。因此世界卫生组织规定每天每人摄入DDT的容许含量为0.3mg，或相当于每千克体重摄入0.005mg。DDT的存在会抑制水中动植物的正常生长发育， 打乱原有的生态平衡。DDT积蓄在鱼脑中导致鱼的神经系统麻痹，进入内脏影响生理机能， 进入鱼卵时则降低孵化率，有的根本不会发育，有的出现畸形，很难成活等等。
氯代烃类物质对海洋浮游植物的污染作用也很明显。实验结果表明，每升海水中含10μg的DDT就对马尾藻海域的硅藻类中的小环藻产生有害影响，而只需0.1μg的多氯联苯就对硅藻类中的海链藻产生明显的毒性作用。现有的数据表明每升海水多氯联苯的含量在1至10μg就会对沿海生物量和养殖的浮游植物的细胞的大小产生不利影响，因而减少了细胞的分裂次数，降低了光合作用的效率。
值得庆幸的是近几年来各国都严格控制了有害作用的氯代烃如DDT的生产和使用。通过科学家的监测表明，海洋生物的DDT 含量正呈逐年下降的态势。
2.3 富营养化作用与赤潮
食品工业的废渣、蛋白质、农业废水和生活污水等有机物质进入海洋，经细菌的生物降解作用，不仅释放出CO[,2]和H[,2]O同时还释放氮、磷化合物，它们原来都是植物和动物所含蛋白质的组分，只有这些营养盐不断地释放出来，才能维持自然界中物质的循环。但如果某一海域引入的养分多于植物正常生长所需要的量，其结果是这些海域中养分过多，从而使植物生长过于茂盛，以致影响了正常藻类区系的生长。比如过量营养物质的存在，将会引起夜光虫（粉红色）、硅藻（红褐色）、鞭毛虫（绿色）等浮游植物大量繁殖而成为优势种，并使海水呈现各种颜色，通常称这种现象为“赤潮现象”。赤潮易发生在具特定的气候条件和水动力条件的富营养养化海域[2]。 赤潮影响了浮游植物的光合作用，破坏了鱼类的正常洄游路线。更主要的是浮游植物的大量生长和富营养有机物的氧化分解，耗掉了水中大量溶解氧，甚至产生有毒的H[,2]S等物质。溶解氧若得不到及时补充，将使鱼虾蟹贝等海洋生物窒息死亡。当赤潮生物耗尽了海中的溶解氧之后，将使该海区失去了自净能力，随着污染物质源源不断地注入，该海区的污染将进一步加剧，甚至发生又一次赤潮。这样赤潮加重了海水污染，污染又引起了赤潮，最后将彻底毁坏该海区的生物资源。赤潮一般发生在港湾、沿岸水域，是由于营养过剩而引起的常见的水质污染。在这种环境中，如斑疹伤寒、肝炎、大肠杆菌、痢疾等细菌病毒可高达5×10[4]至5×10[8]个杆菌／升。海水中的细菌不但能进入鱼贝体直接危害其生长发育，同时也危害了人民的健康，引起传染病的蔓延。
近十几年来，我国四大海区频发的海洋赤潮已造成了数百亿的经济损失，如1993 年相继爆发的大面积的流行病使对虾养殖直接造成损失35亿之多。1996年国家海洋局公布的东、南近岸海域环境综合调查结果为：IV类和超IV类海水占56.8％，大部分海域富营养化严重，存在发生赤潮的潜在可能性。
3 放射性污染
海洋环境中存在着多种放射性物质，如K－40，Rb－87，U－234，H－3，Po－239，C－14，Sr－90，Cs－137等。海洋中元素的放射性强度的测量单位用居里（Ci）表示：1居＝3.7×10[11]次衰变／秒。
地球上最早的放射性沉降物是在第二次世界大战末期，由于在新墨西哥州、广岛和长崎发生的原子弹爆炸而产生的。到1968年全世界共爆炸了470枚核武器。核武器的燃料采用浓缩的铀和钚。 铀和钚在核裂变和核聚变过程中可产生200多种不同的放射性裂变产物和同位素， 特别是在空中和水里进行的爆炸尤其如此。部分以粉尘形式存在的放射性物质，则直接进入海洋。
钚属剧毒物质，天然元素与天然钋和铀具有类似的特性，即水溶性低，易沉淀，但能以有机络合物的形式在沉积物中重新富集起来。截止到1971年为止，引入世界各大洋的钚的总强度为2.1×10[5]居里，相当于3吨重[4]。据有关消息报道，贮存在核超级大国武器库里的核武器中钚的放射性强度为10[8]居里。
现在一些国家正在建设安全利用核能的核反应堆发电站。在其运转时，氚、氪－85、碳－14、铯－137和铯－134、锶－90、碘－131 和钴－60等元素也会对其周围环境产生少量的放射性污染。目前全世界有上千艘核动力军舰。据说每年由核动力舰艇的离子交换器中的树脂产生的放射性强度为100万居里；从废液中产生的放射性强度为5000居里；从核动力舰艇泄漏出的放射性强度为3400居里。核潜艇启动航行时，由于冷却剂循环膨胀而产生一定的放射性，同时在离子交换器内用做软化冷却剂的合成树脂也产生放射性同位素。
放射性辐射不仅直接影响生物的生理作用过程，并且还影响染色体的基因或者损坏染色体，使之以碎片形式存在或者以非自然状态聚结，其结果是引起基因的变化和产生形变。由于天然放射性和其他自然因素的影响，鲷的胚胎中6％～14％的染色体组成为碎片， 但是如果将其胚胎放入放射性为100000微微居里／升的人造锶－90的海水中，染色体的碎片数量就会明显上升。有报告指出，100 微微居里／升的人工放射性就会对鱼卵的发育产生有害影响。
到目前为止，因人类的活动导致的世界性海洋放射性污染还是非常有限的，尽管有过局部区域的严重污染。不过许多国家贮存的大量核武器对人类以及整个地球的生态环境始终是潜在的威胁。