原創 祝葉華 我是科學家iScientist

作者：祝葉華

編輯：Yuki

1956年，日本水俁灣地區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）污染導致的惡果。而重金屬污染是人類健康和生態環境最大的威脅的之一，至今仍然不可小覷。由于無計劃的工業化和城市化的發展，環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重的災禍。

在世界衛生組織公布的引起重大公共衛生關注的10種化學品中，鎘、汞、鉛赫然在列。這些金屬元素屬于系統性毒物，對人們的健康極具威脅，即使是在較低水平的暴露下，也會導致多個器官損傷。

這樣的超強“殺傷力”讓重金屬一直廣受關注。這些年，含鎘大米、嬰兒食品中重金屬超標的話題一直撥動著人們緊繃的神經。

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，有史學家認為它是西方文明的主要源頭之一。但高度發達的古羅馬文明，不僅帶來了的光輝成就，也暗藏悄無聲息的污染。有研究發現，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，牛津大學考古學家與冰芯研究專家合作測量了一個橫截面約為400米的格陵蘭冰芯上若干處的鉛濃度，繪制了羅馬時代鉛污染圖，獲得了羅馬鉛污染在1900年間的異常詳細的時間線。被測試的冰芯代表了公元前1100年~公元800年凍結的冰層[1]。

古羅馬的滅亡是否和嚴重的重金屬污染有關尚無定論，但是在千年之后的20世紀，日本發生了兩件震驚世界的重金屬中毒事件，由此產生的病癥世人皆知，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果，含汞廢水被魚食用并在魚體內轉換成甲基汞，水俁鎮附近居民會食用富含甲基汞的魚被人體吸收，在體內不易分解，排出慢且毒性大。甲基汞是高神經毒劑，多在腦部積累，人體內甲基汞積累到一定濃度就會產生文章開頭提到的一系列癥狀。1955年~1963年神東川的骨痛病，則是鎘超標中毒的結果。煉鋅廠將含鎘廢水排放入神東川河，農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，在體內積累到一定濃度后，痛痛病就產生了。痛痛病會引起患者全身關節疼痛、骨骼畸形，叫苦不迭甚至自殺。

2011年，《新世紀》周刊的一篇《鎘米殺機》引起了舉國上下的關注，在當年的“兩會”上，鎘米也成為了熱點話題。這起“鎘米事件”可以說是一個節點，讓政府和公眾再一次看到中國重金屬污染的問題。已經有多位專家證實，早在20世紀60年代以前，文章中報道的廣西陽朔縣興坪鎮思的村就已出現重金屬鎘污染，所產稻米中鎘含量亦嚴重超標。當地人長期食用鎘超標的大米。云南鉻渣污染是2011年最嚴重的污染事件之一，《云南信息報》刊載的一篇《5000噸劇毒鉻渣來了》將這起污染事件呈現在讀者面前，最終地方政府道歉、迅速處理污染、抓捕污染者，中央政府有關部門通報，在全國引起強烈反響。

上天入地下海，重金屬污染無處不在

環境中的重金屬來自方方面面，其中包括地球成因、工業、農業、制藥、家庭廢水和大氣來源。

環境污染在點源地區，如采礦、鑄造廠和冶煉廠以及其他金屬工業作業中非常突出。雖然重金屬是在地殼中普遍存在的自然元素，但大多數污染是由人為活動造成的，如采礦和冶煉作業、工業生產和使用、家庭和農業使用金屬或含金屬化合物。

地表水重金屬污染是一個全球性的環境問題。一項最新研究分析了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、健康風險和來源[2]。總體來看，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，采礦和制造業一直被認為是金屬污染的關鍵來源。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化為主；亞洲和南美洲以采礦和制造業以及巖石風化為主；北美洲以化肥和農藥的使用為主；歐洲則是采礦和制造業、廢物排放和巖石風化占主導地位。

中國在保護土壤免受快速工業化和城市化污染方面面臨巨大挑戰。根據中國的土壤環境質量標準，最近的全國調查顯示，16%的土壤樣品，19%的農業土壤樣品受到污染，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，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，導致糧食作物中污染物超標的現象普遍存在[3]。

2016年，聯合國兒童基金會發布了一份報告（《空氣危害（Danger in the air）》）稱，空氣污染將是本世紀威脅孩童健康的致命殺手，約有3億兒童生活的地區室外空氣受到了嚴重污染。這樣的空氣會對兒童的身體造成嚴重損害，包括對他們正在發育的大腦造成損傷。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、機械制造、電子和儀表等行業。重金屬不能被生物降解為無害物，從而在生物體內累積，某些重金屬在微生物的作用下還可轉化成毒性更強的有機化合物；此外，重金屬在很低的濃度下就可產生毒性作用，一般的重金屬產生毒性的范圍大約在 1.0-10 mg/L，因此應嚴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。

對于已經被重金屬污染的土壤和水體，科學家也在積極采取各種技術手段來降低重金屬對環境和生物體的傷害。想要去除環境中的重金屬，首先要找到重金屬的蹤跡，生物監測方法就是行之有效的方法之一。很早之前，科學家就知道，蜜蜂落在花朵和葉子上時會吸收上面附著的少量金屬元素（鐵、鋅、鉛、鎘等污染物）。最近，對蜂蜜進行的鉛同位素分析，已經證明了其作為鉛源解析應用的生物監測器的有效性。科學家直接從加拿大六個地理區域的蜂箱中收集蜂蜜，用以調查來自城市、工業、住宅和農業不同分區的潛在污染物。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，溫哥華的科學家已經能夠在整個地區追蹤鉛(和其他金屬)的來源[4]。法國、比利時和意大利的科學家們現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。

也有科學家們將蜂蜜和鮭魚的分析結果結合起來，展示了自然和工業來源的鉛是如何在整個環境中分布的[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，廣泛分布于該地區的所有淡水生態系統，包括可能受到重金屬污染的生態系統。科研人員對來自西班牙北部三條河流的非生物艙(水和沉積物)和褐鱒體內的銅、鉛和鎘濃度進行了分析。結果發現，鱒魚肝臟沉積物鉛含量與鉛濃度之間存在顯著的相關關系。幼鱒魚也被證明是有用的銅和鉛污染的生物監測器[6]。

鳥蛋、蛇、貝類等都被科學家用來監測環境中重金屬污染物的存在，隨著監測技術手段的不斷向前推薦，更多的動物更甚者植物會被用在重金屬污染的監測中。

重金屬污染也并非不可逆，但存在難治理的現實問題。所以，土壤重金屬污染應當把“防”作為重點，如果“防”的工作沒有做好，就會出現更糟糕的情況，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化發展，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難。

題圖來源：財新網

參考文獻：

[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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