原創(chuàng) 祝葉華 我是科學(xué)家iScientist

作者：祝葉華

編輯：Yuki

1956年，日本水俁灣地區(qū)被一種可怕的病癥籠罩——患者們渾身抽搐、手足變形、彎腰弓背，甚至因此死亡。這就是歷史上駭人聽聞的“水俁病事件”。

水俁病事件是重金屬（汞）污染導(dǎo)致的惡果。而重金屬污染是人類健康和生態(tài)環(huán)境最大的威脅的之一，至今仍然不可小覷。由于無計(jì)劃的工業(yè)化和城市化的發(fā)展，環(huán)境中重金屬的濃度正以驚人的速度增加，大氣、水體和沉積物中有毒重金屬的長期存在及其在食物鏈中的生物積累，給所有生物帶來了嚴(yán)重的災(zāi)禍。

在世界衛(wèi)生組織公布的引起重大公共衛(wèi)生關(guān)注的10種化學(xué)品中，鎘、汞、鉛赫然在列。這些金屬元素屬于系統(tǒng)性毒物，對人們的健康極具威脅，即使是在較低水平的暴露下，也會(huì)導(dǎo)致多個(gè)器官損傷。

這樣的超強(qiáng)“殺傷力”讓重金屬一直廣受關(guān)注。這些年，含鎘大米、嬰兒食品中重金屬超標(biāo)的話題一直撥動(dòng)著人們緊繃的神經(jīng)。

重金屬污染之殤

古羅馬文明是人類文明史的重要組成部分，有史學(xué)家認(rèn)為它是西方文明的主要源頭之一。但高度發(fā)達(dá)的古羅馬文明，不僅帶來了的光輝成就，也暗藏悄無聲息的污染。有研究發(fā)現(xiàn)，來自羅馬帝國的鉛污染落在格陵蘭島上，并在冰層中被保存下來。2018年，牛津大學(xué)考古學(xué)家與冰芯研究專家合作測量了一個(gè)橫截面約為400米的格陵蘭冰芯上若干處的鉛濃度，繪制了羅馬時(shí)代鉛污染圖，獲得了羅馬鉛污染在1900年間的異常詳細(xì)的時(shí)間線。被測試的冰芯代表了公元前1100年~公元800年凍結(jié)的冰層[1]。

古羅馬的滅亡是否和嚴(yán)重的重金屬污染有關(guān)尚無定論，但是在千年之后的20世紀(jì)，日本發(fā)生了兩件震驚世界的重金屬中毒事件，由此產(chǎn)生的病癥世人皆知，即日本的水俁病和痛痛病。

1953~1956年日本水俁病事件是汞中毒的結(jié)果，含汞廢水被魚食用并在魚體內(nèi)轉(zhuǎn)換成甲基汞，水俁鎮(zhèn)附近居民會(huì)食用富含甲基汞的魚被人體吸收，在體內(nèi)不易分解，排出慢且毒性大。甲基汞是高神經(jīng)毒劑，多在腦部積累，人體內(nèi)甲基汞積累到一定濃度就會(huì)產(chǎn)生文章開頭提到的一系列癥狀。1955年~1963年神東川的骨痛病，則是鎘超標(biāo)中毒的結(jié)果。煉鋅廠將含鎘廢水排放入神東川河，農(nóng)民長期引河水灌溉稻谷，沿岸居民飲用含鎘之水，食用的稻米也含有鎘，在體內(nèi)積累到一定濃度后，痛痛病就產(chǎn)生了。痛痛病會(huì)引起患者全身關(guān)節(jié)疼痛、骨骼畸形，叫苦不迭甚至自殺。

2011年，《新世紀(jì)》周刊的一篇《鎘米殺機(jī)》引起了舉國上下的關(guān)注，在當(dāng)年的“兩會(huì)”上，鎘米也成為了熱點(diǎn)話題。這起“鎘米事件”可以說是一個(gè)節(jié)點(diǎn)，讓政府和公眾再一次看到中國重金屬污染的問題。已經(jīng)有多位專家證實(shí)，早在20世紀(jì)60年代以前，文章中報(bào)道的廣西陽朔縣興坪鎮(zhèn)思的村就已出現(xiàn)重金屬鎘污染，所產(chǎn)稻米中鎘含量亦嚴(yán)重超標(biāo)。當(dāng)?shù)厝碎L期食用鎘超標(biāo)的大米。云南鉻渣污染是2011年最嚴(yán)重的污染事件之一，《云南信息報(bào)》刊載的一篇《5000噸劇毒鉻渣來了》將這起污染事件呈現(xiàn)在讀者面前，最終地方政府道歉、迅速處理污染、抓捕污染者，中央政府有關(guān)部門通報(bào)，在全國引起強(qiáng)烈反響。

上天入地下海，重金屬污染無處不在

環(huán)境中的重金屬來自方方面面，其中包括地球成因、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、制藥、家庭廢水和大氣來源。

環(huán)境污染在點(diǎn)源地區(qū)，如采礦、鑄造廠和冶煉廠以及其他金屬工業(yè)作業(yè)中非常突出。雖然重金屬是在地殼中普遍存在的自然元素，但大多數(shù)污染是由人為活動(dòng)造成的，如采礦和冶煉作業(yè)、工業(yè)生產(chǎn)和使用、家庭和農(nóng)業(yè)使用金屬或含金屬化合物。

地表水重金屬污染是一個(gè)全球性的環(huán)境問題。一項(xiàng)最新研究分析了1970-2017年間五大洲(非洲、亞洲、歐洲、北美和南美)河流和湖泊中八種溶解重金屬的趨勢、健康風(fēng)險(xiǎn)和來源[2]?？傮w來看，水系中鎘、鉻、鎳、錳、鐵呈上升趨勢，鉛、鋅呈下降趨勢。大多數(shù)重金屬的平均溶解濃度在亞洲最高，在歐洲最低。從1970年到2017年，采礦和制造業(yè)一直被認(rèn)為是金屬污染的關(guān)鍵來源。但各大陸的重金屬來源存在明顯差異，非洲以廢棄物排放和巖石風(fēng)化為主；亞洲和南美洲以采礦和制造業(yè)以及巖石風(fēng)化為主；北美洲以化肥和農(nóng)藥的使用為主；歐洲則是采礦和制造業(yè)、廢物排放和巖石風(fēng)化占主導(dǎo)地位。

中國在保護(hù)土壤免受快速工業(yè)化和城市化污染方面面臨巨大挑戰(zhàn)。根據(jù)中國的土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，最近的全國調(diào)查顯示，16%的土壤樣品，19%的農(nóng)業(yè)土壤樣品受到污染，主要是重金屬和金屬。中國土壤中某些重金屬的濃度似乎在以更快的速度增加。在一些地區(qū)，特別是中國南方，由于污染物輸入量增加，土壤呈酸性，作物品種容易積累重金屬，導(dǎo)致糧食作物中污染物超標(biāo)的現(xiàn)象普遍存在[3]。

2016年，聯(lián)合國兒童基金會(huì)發(fā)布了一份報(bào)告（《空氣危害（Danger in the air）》）稱，空氣污染將是本世紀(jì)威脅孩童健康的致命殺手，約有3億兒童生活的地區(qū)室外空氣受到了嚴(yán)重污染。這樣的空氣會(huì)對兒童的身體造成嚴(yán)重?fù)p害，包括對他們正在發(fā)育的大腦造成損傷。在空氣污染中，重金屬顆粒是非常重要的污染物之一。

重金屬尋蹤

重金屬廢物的來源非常廣泛，涉及采礦、冶金、電鍍、鋼鐵、化工、機(jī)械制造、電子和儀表等行業(yè)。重金屬不能被生物降解為無害物，從而在生物體內(nèi)累積，某些重金屬在微生物的作用下還可轉(zhuǎn)化成毒性更強(qiáng)的有機(jī)化合物；此外，重金屬在很低的濃度下就可產(chǎn)生毒性作用，一般的重金屬產(chǎn)生毒性的范圍大約在 1.0-10 mg/L，因此應(yīng)嚴(yán)格控制重金屬廢水的污染排放，是遏制污染物的重要手段和措施。

對于已經(jīng)被重金屬污染的土壤和水體，科學(xué)家也在積極采取各種技術(shù)手段來降低重金屬對環(huán)境和生物體的傷害。想要去除環(huán)境中的重金屬，首先要找到重金屬的蹤跡，生物監(jiān)測方法就是行之有效的方法之一。很早之前，科學(xué)家就知道，蜜蜂落在花朵和葉子上時(shí)會(huì)吸收上面附著的少量金屬元素（鐵、鋅、鉛、鎘等污染物）。最近，對蜂蜜進(jìn)行的鉛同位素分析，已經(jīng)證明了其作為鉛源解析應(yīng)用的生物監(jiān)測器的有效性。科學(xué)家直接從加拿大六個(gè)地理區(qū)域的蜂箱中收集蜂蜜，用以調(diào)查來自城市、工業(yè)、住宅和農(nóng)業(yè)不同分區(qū)的潛在污染物。蜜蜂把這些金屬帶回蜂房，在那里，微量的金屬被混入蜂蜜中。過分析蜂蜜中不同鉛同位素的相對存在，溫哥華的科學(xué)家已經(jīng)能夠在整個(gè)地區(qū)追蹤鉛(和其他金屬)的來源[4]。法國、比利時(shí)和意大利的科學(xué)家們現(xiàn)在正在尋找同樣的方法來測量歐洲主要城市蜂蜜中的污染物。

也有科學(xué)家們將蜂蜜和鮭魚的分析結(jié)果結(jié)合起來，展示了自然和工業(yè)來源的鉛是如何在整個(gè)環(huán)境中分布的[5] 。

褐鱒是西班牙北部河流中的一種本地魚。它是這些河流中的主要魚類物種，廣泛分布于該地區(qū)的所有淡水生態(tài)系統(tǒng)，包括可能受到重金屬污染的生態(tài)系統(tǒng)?？蒲腥藛T對來自西班牙北部三條河流的非生物艙(水和沉積物)和褐鱒體內(nèi)的銅、鉛和鎘濃度進(jìn)行了分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，鱒魚肝臟沉積物鉛含量與鉛濃度之間存在顯著的相關(guān)關(guān)系。幼鱒魚也被證明是有用的銅和鉛污染的生物監(jiān)測器[6]。

鳥蛋、蛇、貝類等都被科學(xué)家用來監(jiān)測環(huán)境中重金屬污染物的存在，隨著監(jiān)測技術(shù)手段的不斷向前推薦，更多的動(dòng)物更甚者植物會(huì)被用在重金屬污染的監(jiān)測中。

重金屬污染也并非不可逆，但存在難治理的現(xiàn)實(shí)問題。所以，土壤重金屬污染應(yīng)當(dāng)把“防”作為重點(diǎn)，如果“防”的工作沒有做好，就會(huì)出現(xiàn)更糟糕的情況，即污染的速度比治理的速度還快。對中國而言，由于之前幾十年的工業(yè)化發(fā)展，重金屬污染不容樂觀。兒童血鉛事件、鎘米事件都給我們敲響了警鐘，只有抓緊防范，才能避免更多的重金屬污染災(zāi)難。

題圖來源：財(cái)新網(wǎng)

參考文獻(xiàn)：

[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.

原標(biāo)題：《這些人類制造的“無聲殺手”，可能就潛伏在我們身邊》

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