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科技工作者之家 2020-09-04
来源:中科院地质地球所
Nature Geoscience:地下水-河水交换带——地下水砷的集散地
砷,元素周期表的第33号元素,广泛存在于自然界。其化合物三氧化二砷即为砒霜,毒性很强。无机砷化合物被称为饮用水中的“隐形杀手”,长期饮用高砷地下水对人体健康影响显著。在前不久的Science杂志上,瑞士联邦水科学与技术研究所Joel Podgorski和Michael Berg撰文指出,全球高砷暴露人口为9400万到2.2亿人,其中94%在亚洲(Podgorski and Berg, 2020)。南方科技大学环境科学与工程学院讲席教授郑焰在同期Science上发表观点文章,强调了全球民用井水砷筛查的必要性。图1 地下水补给概念模式图(Wallis et al., 2020)
研究人员为分析砷富集机理,构建了耦合地下水流和溶质运移的数学模型,并以放射性同位素(3H、3He)年龄作为标定依据,分析了过去60年以来该含水层的砷富集过程,量化指出过去60年,含砷地下水大约迁移了1700 m。基于构建的数学模型,分析了不同生物地球化学过程对砷富集的影响,发现活性有机碳和铁氧化物(砷的宿主)的沉积,致使河流-地下水交换带富集有大量砷,而后通过侧向补给进入地下含水层。放射性同位素为地下水的运移提供了很好的年龄标尺,可以清晰的指示出沿着地下水流向,年龄越来越大,砷浓度越来越小(图2)。图2 3H、3He和砷浓度在含水层中的分布图(Wallis et al., 2020)
Wallis等的研究揭示了人类活动诱导的砷污染过程,对地下水过量开采敲响了新的警钟。鉴于我国多个地区(含内蒙、山西、吉林等北方地区)亦发现有高砷地下水,受影响人口200余万,加之我国北方地下水超采严重,这一现象值得重视。此外,Wallis等将同位素水文学与地下水流数学模型相结合,恰当地利用地下水年龄识别和标定了地下水流模型,是近年来地下水研究的新趋势,正在被逐渐重视。主要参考文献
Fendorf S, Michael H A, van Geen A. Spatialand temporal variations of groundwater arsenic in South and Southeast Asia[J].Science, 2010, 328(5982): 1123-1127.
Podgorski J, Berg M. Global threat of arsenic in groundwater[J].Science, 2020, 368(6493): 845-850.
Postma D, Larsen F, Thai N T, et al. Groundwater arsenicconcentrations in Vietnam controlled by sediment age[J]. Nature Geoscience,2012, 5(9): 656-661.
Wallis I, Prommer H, Berg M, et al. The river–groundwaterinterface as a hotspot for arsenic release[J]. Nature Geoscience, 2020, 13(4):288-295.
Zheng Y. Global solutions to a silent poison[J].Science, 2020, 368(6493): 818-819.
来源:dizhidiqiusuo 中科院地质地球所
原文链接:https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI4ODc0NjIzNQ==&mid=2247511161&idx=2&sn=21933d71be0bbeda24cad1046839f4b6&chksm=ec3b53eddb4cdafb769f9e81861986ae0942dcb4d84eb7d99f6c61cf0fd8b51748f1cd09c158#rd
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