• 锌与环境

    介绍

     

    锌是“特殊生物和公共卫生重要性”的重要矿物,被联合国认为是“救生商品”。[1],[2]

     

    锌由于其独特的特性,广泛应用于消费者、基础设施、农业和工业产品。更重要的是,锌对生命至关重要,在所有生物体(人类、动物和植物)的生物过程中起着重要的作用。锌对细胞分裂、蛋白质合成、免疫系统和生长至关重要。

     

    自然发生

     

    锌是地球地壳中第24个最丰富的元素,自从地球形成它的表面以来就一直存在。地球上所有的生命都是在锌的存在下发展起来的。

     

    自然界中锌的浓度没有人类活动的额外影响(人为排放)被称为“自然背景”。“地表水、土壤和岩石的自然背景水平在广泛的浓度范围内变化。”土壤和岩石中锌的含量通常在每公斤10到300毫克之间,而河流中的锌含量则不同于每升10微克到200微克。

     

    锌通过自然循环

     

    在自然侵蚀过程中,土壤、岩石和沉积物中锌的一小部分不断移动并通过环境运输。雨、雪、冰、太阳热和风侵蚀含锌的岩石和土壤。风和水携带微量的锌到湖泊、河流和海洋,在那里它被收集为沉积物或进一步运输。自然现象,如火山爆发、森林火灾、沙尘暴和海水喷溅,也有助于通过自然循环进行锌循环。据估计,这些自然排放的锌每年达到590万公吨。[3]

     

    人类活动并没有在全球范围内增加锌的总量。但采矿、生产商品和使用锌创造了大气、土壤和水排放的环境。这些被称为人为排放,据估计是由侵蚀、海洋喷雾剂、火山爆发等自然循环产生的总排放量的一小部分。[4]

     

    人为锌的潜在来源包括:锌的生产和加工;发电厂及其他与锌业无关的市政及工业污染源的排放;某些锌的应用,腐蚀或磨损可能导致少量的锌释放到环境中,尽管这些在自然界中普遍分散。

     

    在全球范围内,自然锌循环过程对环境锌水平的影响远比人类活动的影响重要得多。然而,在当地的规模上,人为排放在某些地方会超过自然过程。

     

    环保锌的命运

     

    在环境中释放的env_fig1锌遵循一个循环(图1),从矿物矿体中提取锌,从其矿物状态(大部分是sphalerite矿,硫化锌)转化为金属态。[5]大多数金属在稳定的金属应用中都有很长的服务,在生命的最后会被回收和回收。暴露在大气中的金属锌可能会受到腐蚀,这将导致少量的锌释放到环境中。

     

    锌金属也被转化为锌化合物(如氧化锌、氯化锌、磷酸锌),用于广泛的应用。这些使用也可能导致小的扩散释放。

     

    在锌的生产和使用阶段,有不同溶解度的锌化合物可以形成并释放到环境中。除了这些与人类活动有关的排放之外,由于风化和侵蚀的自然过程,锌的自然流动也会在环境中循环。所有这些过程将多种锌化合物调集到环境中。

     

    一旦动员起来,锌与水、沉积物和土壤的不同组分相互作用,并最终在这些环境间的不同馏分之间相互作用。这种相互作用和相关的动态过程最终决定了锌的环境命运,即金属在环境中存在的形式,并最终决定它的最终归宿。在这方面,大部分的锌将会回到稳定的化学形式,通常是ZnS,它最初是被开采出来的。这种“矿化”回到稳定的化学形式,关闭了“循环”。

     

    锌的原始和最终化学形式(主要是锌)是非常稳定的,含锌的溶解度非常低,对生物体吸收的可能性也很低(生物可用性)。

     

    环境影响的锌

     

    锌和所有必需元素对环境的影响,不能像人造化合物那样被评估。因为锌是自然产生的,所以不可能从环境中去除锌。此外,由于锌是必不可少的,达到这样的目标最终会在整个生态系统中导致env_fig2有害影响。换句话说,“少”不一定是“更好”。

     

    对于诸如锌这样的基本元素,必须在生物体的调节(吸收和排泄)的自然能力范围内考虑环境影响,并维持一定程度的内稳态。也就是说,含锌的环境非常低,或非常高,浓度可能产生不良影响。最小值和最大值之间的距离通常被称为本质属性的最优窗口(图2)。生物体已经进化出一种机制,通过将一个基本元素调节到一个恒定的内部水平,从而独立于外部的浓度来满足它们的需求。[6]

     

    锌生物利用度

     

    在过去的几十年里,对金属风险的描述已经发生了显著的变化,目前还包括生物利用的概念。生物可用性指的是一种能够进入生物体并产生效果的金属的形式(物种)。对于锌,通常被认为是毒性来源的物种(生物可用性)是未完成的,自由离子(Zn2 +)。然而,由于锌与水、土壤和沉积物的各种成分相互作用,它可以有许多不同的复合物。(图3)

     

    env_fig3在水里,锌的浓度传统上被认为是在全部(样品中全部的锌池)或溶解的(可以通过0.45微米的过滤器的复合物)的基础上被考虑的。然而,即使是在微观水平过滤后,溶解的部分也含有许多除游离离子之外的锌物。

     

    例如,pH值、碱度或自然有机质的增加都会通过络合作用降低锌的生物可用性。同样,锌生物可利用性也可能受到与其他带正电的离子的竞争(钙、镁、钠等)的影响。

     

    尽管在沉积物和土壤中生物可利用性的计算与水的概念相似,但必须考虑额外的成分。对于沉积物,锌有可能与铁和锰氧化物(矿物质)或有机物的络合,或在厌氧沉淀物的情况下,与硫化物进行络合。[7]对土壤锌强烈吸附矿物阶段(氧化物、硅、碳酸盐、黏土颗粒)和有机物质,和吸附往往会增加增加博士[8]因此,沉积物和土壤中锌可以与这些额外的复杂化合物/表面,从而降低其毒性和潜在的生物可利用形式的生物。

     

    综上所述,锌的生物利用度是由与环境的复杂相互作用决定的,并且严重依赖于该环境的特性。为了了解在它所居住的锌和介质之间发生的许多相互作用,已经开发了计算工具来有效地描述特定于站点的场景。因此,锌的环境保护水平通常不再以单一值表示;相反,它们随着媒体兴趣的改善而波动。

     

    结论

     

    对金属的环境评估要求以科学为基础的方法,因为金属的自然发生,金属物种的巨大变化影响金属的生物利用性和毒性,以及锌等金属的重要性,它们对所有生物都是至关重要的。

     

    水、沉积物和土壤中的锌的分布、运输和影响(生物可用性)很大程度上取决于环境的特定化学和物理特性,以及有机体的条件,如年龄、大小、既往的接触史。因此,对锌的环境评价必须考虑到这些因素的意义。

     

    利用科学研究方法的研究已经得出结论,目前的锌在环境中可以减少微量的生物锌,因此对环境的影响也很低。

All Posts
×