环境与与环境问题

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可持续发展南昌大学环境科学与工程学院郑博福博士副教授E－mail：bfzhen@ncu.edu.cn …人口剧增、资源过度消耗、环境污染、生态破坏和南北差距扩大等日益突出，成为全球性的重大问题，严重地阻碍着经济的发展和人民生活质量的提高，继而威胁着全人类的未来生存和发展。人类不得不重新审视自己的社会经济行为和走过的历程，认识到通过高消耗追求经济数量增长和“先污染后治理”的传统发展模式已不再适应当今和未来发展的要求，而必须努力寻求一条经济、社会、环境和资源相互协调的、既能满足当代人的需求而又不对满足后代人需求的能力构成危害的可持续发展的道路。摘自《中国21世纪议程》 可持续发展是我国的基本国策如何协调好生态环境保护与社会经济发展的关系，走可持续发展的道路是中国，同时也是全人类所面临的抉择。我国政府制定了中国可持续发展的战略:一要靠科技二要靠法律及政策三是全民认识的提高和可持续发展全新理念的形成。因而，加强可持续发展教育，是实现可持续发展基本国策的当务之急。 《可持续发展》以生态学、系统科学和环境学为其理论基础。是一门自然科学与社会科学相互融合的边缘学科，也是集素质教育、道德教育和科学知识教育为一身的交叉学科。因此，本课程分为两大部分：一是环境保护与可持续发展的基础理论部分；二是有关社会、生态、经济大系统各门类的可持续发展问题。本课程力求用最新的理念、最新的发展动态及最新的数据使之与时代的发展相吻合，采用多媒体授课方式以承载尽可能多的信息量、更形象地传达相关知识，使学生在学习过程中逐步形成可持续发展的理念，并将这一理念融入到各自的专业当中和今后的学习、生活和工作之中，真正实现可持续发展的战略目标。 第一章环境与环境问题第二章　可持续发展概述第三章生态与可持续发展（生态理论、中国主要生态问题）第四章社会与可持续发展（人口、贫困、公平、妇女问题）第五章　经济与可持续发展（环境与经济、循环经济）第六章　资源与可持续利用（资源持续利用、中国资源态势）第七章　农业可持续发展第八章　城市可持续发展第九章　清洁生产与可持续发展第十章　可持续发展战略 环境与环境科学 第一节环　境 一、环境的概念 所谓环境总是相对于某项中心事物而言的，对我们来讲，中心事物是人，环境就是以人类为主体的外部世界的总称，是指人类赖以生存与发展的全部条件的总和。 《中华人民共和国环境保护法》明确指出：“本法所称环境，是指影响人类生存和发展的各种天然的和经过人工改造的自然因素的总体，包括大气、水、海洋、土地，矿藏、森林、草原，野生动物、自然遗迹，自然保护区、风景名胜区、城市和乡村等”。由此可见，环境保护法所指的环境，是人类生存的环境，是作用于人类并影响人类生存和发展的外界事物。 二、环境的类型 根据对人类生存与发展的制约大小及关系的远近不同，可将环境分为：宇宙环境、地球环境和社会环境等不同的规模和层次。宇宙环境地球环境（自然地理环境）社会环境（聚落环境） 宇宙环境是人类环境的极限，也是人类能够继续发展的最宏观的制约条件。 银河系全景图 地球环境（自然地理环境）是人类赖以生存的环境要素的总和。包括有空气、阳光、水、土壤、矿物、岩石和生物等。这些要素在时空上呈现出圈层结构，即大气圈、水圈、土壤圈、岩石圈和生物圈。这是与人类生存关系最为密切的环境，也构成了人类社会发展的宏观制约条件。 从太空看到的地球被大气所包围 美国“阿波罗17号宇航员”1972年登月的施密特说，站在月面上远眺38万公里外的地球，就像在看一个悬挂在太空中的“一碰就碎的蓝色水晶球”。她有种“神奇和伟大的力量”，“在我眼里，地球是茫茫太空中的一个完整天体”。 这就是我们人类居住的地球 地球大约形成于50亿年前，刚开始地球上没有任何生命，在漫长的演化过程中，地球系统从简单到复杂，从无机到有机，出现了生命形式. 这是寒武纪的生物类型 奥陶纪生物群 志留纪生物群 泥盆纪鱼类 石炭纪植物群 二叠纪植物群 三叠纪植物群 侏罗纪鱼类 白垩纪恐龙 第三纪植物群 第四纪动物群 第四纪人类出现 人类是地球的产物，是地球生态系统的重要组成部分，人类无法离开地球而生存，也无法脱离其生态系统（自然生态环境）。 人类的自然地理环境 自然地理环境 自然地理环境 自然地理环境 美人鱼－儒艮 社会环境是人类社会制度等上层建筑条件，包括社会的经济基础、聚落结构以及同各种社会制度相适应的政治、经济、法律、宗教、艺术、哲学的观念和机构等。这些要素组成了另一个圈层，叫人类智慧圈。 三、环境的特性 整体性有限性不可逆性潜在性持续反应性放大性 人类是自然的一部分，是地球的产物。因而，人与自然环境是一个整体，地球的任一部分或任一系统，都是人类环境的组成部分，各部分之间存在着相互依存和互相制约的关系。所以环境的影响是整体的，无国界的。 喜马拉雅山的黑雪 1991年，我国登山队在征服珠峰的过程中，遇到了暴风雪，这对登山队员们来说已习以为常。但在老队员茨仁罗布取下护目镜想休息一下时，一个意外的发现令他忍不住惊叫起来：“看，黑雪！”大家听到叫喊，取下护目镜，看到空中飘下的片片雪花果然是黑色的，而且空气中还有一种刺鼻的臭味。不一会儿，四周是黑呼呼的一片，队长把这一情况报告给大本营，大本营也很吃惊，由于怕黑雪吸热快，而进一步形成雪崩，因而这次登山行动只好取消。 经分析化验，黑雪中含有大量微细的碳颗粒、沥青颗粒，同时还有二氧化硫和三氧化硫的溶解物，所以有刺鼻的酸味。那么是什么原因引起黑雪的呢？原来，它与远在中东的一场战争有关。在1990年8月的海湾战争中，科威特的几百口油井起火燃烧而造成极大的污染。 到目前为止，地球还是人类唯一的家园，其时空是有限的，环境容量也是有限的。所以，人类生存的环境是脆弱而易受到破坏。 科学家们将人类休养生息的地球称为“生物圈一号”，为了试验人类离开地球能否生存，美国从1984年起花费了近2亿美元，在亚利桑那州建造了一个几乎完全密闭的“生物圈二号”实验基地。1993年1月，8名科学家进入“生物圈二号”。按照计划，他们将在里面呆上两年，如不发生严重意外，实验结束前是不能出来的。两年中除了提供第一批包括种子在内的物品外，其余的一切都需要他们自己解决。能源，取自太阳能；氧气，由他们种植的植物制造；粮食，靠他们自己在里面种地获得；肉类和蛋白质，取自他们养的鸡、鸭、猪、羊。甚至包括里面的气温和气候，也是由他们来设法控制，并尽可能模拟地球气候。总之，他们必须设法保证这个小小的生态系统的平衡。 一年多后，土壤中的碳与氧气反应生成二氧化碳，部分二氧化碳与建筑“生物圈二号”所用的混凝土中的钙发生反应生成碳酸钙，导致“生物圈二号”的氧气含量从21%下降到14%。加之由于没有调节好内部气候，致使粮食歉收，科学家们不得不吃种子勉强度日，结果是，提前撤出实验室。更令人意外的是，“生物圈二号”运行三年后，其中的一氧化碳含量猛增到79%，足以使人体合成微生素B12的能力减弱，从面危害大脑健康。 1996年1月1日，哥伦比亚大学接管了“生物圈二号”。同年9月，由数名科学家组成的委员会对实验进行了总结，他们认为，在现有的技术条件下，人类还无法模拟出一个类似地球一样的、可供人类生存的生态环境。 环境系统是一个开放的复杂系统，系统内外之间存在着物质的循环、能量的流动和信息的交流。环境系统是一个不可逆系统。它一旦遭到破坏，根据物质循环规律，可以实现局部的恢复，但不能彻底回到原来的状态。 除了个别情况（如：骤发性自然灾害和人为污染）可直观其后果外，一般情况下环境的变化对人类的影响需要较长时间才能显示出来。 1973年以后在莫斯科工业区附近已经出生了90名四肢不全的畸形儿 1953-1956年，日本熊本县水俣镇一家氮肥公司排放的废水中含有汞，这些废水排入海湾后经过某些生物的转化，形成甲基汞。这些汞在海水、底泥和鱼类中富集，又经过食物链使人中毒。当时，最先发病的是爱吃鱼的猫。中毒后的猫发疯痉挛，纷纷跳海自杀。没有几年，水俣地区连猫的踪影都不见了。1956年，出现了与猫的症状相似的病人。因为开始病因不清，所以用当地地名命名。1991年，日本环境厅公布的中毒病人仍有2248人，其中1004人死亡。 汞引起的胎儿性水俣病患者 环境对人类的影响是可以持续的，不仅对当代人，而且对子孙后代有着深远地影响。如黄土高原的生态状况可以理解为我们祖先欠下的生态债，而这个债则要我们子孙后代偿还。 位于陕西省榆林北六县的毛乌素沙地，历史上曾是水草丰美的地区。在榆林靖边县北，紧濒无定河北岸的白城子，有大夏国赫连勃勃建立的统万城。据说：“赫连勃勃北游契吴，叹曰：‘美哉！临广泽而带清流。吾行地多矣，自马领以北，大河以南，未之有也！’”这里所说的契吴，乃是山名，就在今白城子北七十里。马领为坂名，其地在今甘肃庆阳县和环县之间。大河指今内蒙古河套的黄河。在黄河和马领坂之间再没有比契吴山下这块地方更好的了。这里既有广泽，又有清流，景色确实十分秀丽宜人。现在白城子附近一片黄沙，极目远望，不见边际。 根据系统科学的原理，系统对初始条件有极端敏感性。某一局部环境状况的较小变化，经过系统的协同放大后，可能会对周边环境造成较大的影响。 不法分子在本已枯黄的草原上搂发菜。我国西北地区的人为破坏、过渡放牧、草场退化。 黑河下游干涸导致额济纳绿洲面积迅速缩小，部分干涸的湖区成为沙尘源头。 沙进人退，沙漠化土地扩大 北京遭遇强沙尘袭击 这是卫星影像图（北方沙尘暴），图中黄色如云状的就是沙尘暴，已经影响到了朝鲜半岛与日本。 环境问题第二节 一、环境问题及类型 环境问题是指全球环境或区域环境中出现的不利于人类生存和发展的各种现象。环境问题是目前世界人类面临的几个主要问题之一，其类型多样,但大致可分为两类：原生环境问题和次生环境问题。由自然力引起的为原生环境问题，也称第一环境问题，由于人类的生产和生活活动引起生态系统破坏和环境污染，反过来又危及人类自身生存和发展的现象，为次生环境问题，也叫第二环境问题。 （一）自然灾害问题（原生环境问题）是由自然界本身运动引起的，人们无法避免的客观事实。但是人为的作用可以加速或延缓灾害的发生，加大或减轻灾害的影响和损失。自然灾害种类繁多，其分类如下。 1、按其成因分有：（1）地质灾害，包括地震、崩塌、滑坡、泥石流、水土流失、地面塌陷、地裂缝、土地沙漠化、火山爆发等；（2）灾害性天气，如台风、飓风、飑风、龙卷风、雷击、冰雹、暴雨、旱灾等；（3）水文灾害，如洪涝灾害等；（4）生物灾害，如病、虫、草、鼠害等。 2、按其表现方式可分为：（1）、骤发性自然灾害，如地震、火山暴发、龙卷风、飓风、飑风等。骤发性灾害的特点是：猛烈地突然发生、持续的时间很短、灾害影响和危害巨大，灾区地理位置容易确认。（2）、长期性自然灾害，其特点是：缓慢发生、持续时间长、潜在危害大。如沙漠化、水土流失等。 各种自然灾害既可能单独发生，也可能与其他灾害连锁反应，形成群发性灾害，其影响和危害更为惨重。在所有的自然灾害中，水灾造成的损失最大，约占40%，发生在1998年7-8月份长江及松花江流域百年不遇的洪涝灾害就是最有说服力的证明；其次是热带风暴和台风，占20%，地震和旱灾各占15%；其他灾害占10%。 （二）环境污染和生态破坏问题（次生环境问题）环境污染和生态破坏是伴随着人类经济和社会发展活动而产生的，特别是与城市化、工业化和农业集约化有着十分密切的关系。 环境污染是指人类活动产生并排入环境的污染物或污染因素超过了环境容量和环境自净能力，使环境的组成或状态发生了改变，环境质量恶化影响和破坏了人类正常的生产和生活。如大气、水体和土壤等的污染均属此类。 生态破坏是指人类开发利用自然环境和自然资源的活动超过了环境的自我调节能力，使环境质量恶化或自然资源枯竭，影响和破坏了生物正常的发展和演化以及可更新自然资源的持续利用。如水土流失、土地沙漠化、盐渍化及生物多样性的锐减等。 二、环境问题的产生与发展环境问题的出现，是人与环境关系不相协调的结果。它是人与环境在一定的时空中相互作用的具体体现，也是随着人类社会和经济的发展而发展的。如果按人类环境明显变化的时间为划分依据，我们可将人与环境的关系分为三个阶段。 （一）生态环境的早期破坏（二）近代城市环境问题（八大公害事件为代表）（三）当代环境问题阶段（全球环境问题为代表） 八大公害事件 1、马斯河谷事件1930年12月1日到5日，比利时马斯河谷工业区上空出现了很强的逆温层，致使13个大烟囱排出的烟尘无法扩散，大量有害气体积累在近地大气层，对人体造成严重伤害。一周内有60多人丧生，许多牲畜死亡。 2、洛杉矶光化学烟雾事件　1943年夏季，洛杉矶市250万辆汽车燃烧的1100吨汽油所产生的碳氢化合物等气体，在太阳紫外线照射下引起化学反应，形成了浅蓝色烟雾，使该市大多市民患了眼红、头疼。1955年和1970年洛杉矶又两度发生该类事件，分别有400多人死亡和全市四分之三的人患病。 洛杉矶光化学烟雾 美国纽约曼哈顿区的光化学烟雾 3、多诺拉烟雾事件　　1948年10月下旬，美国的宾夕法尼亚州多诺拉城大雾弥漫，受反气旋和逆温控制，工厂排出的有害气体扩散不出去，全城14000人中有6000人眼痛、喉咙痛、头痛胸闷、呕吐、腹泻。17人死亡。 4、伦敦烟雾事件　自1952年以来，伦敦发生过12次大的烟雾事件。1952年12月那一次，伦敦大雾，燃煤排放的粉尘和二氧化硫无法散去。迫使所有飞机停飞，汽车白天开灯行驶，行人走路困难。烟雾事件使呼吸道疾病患者猛增，5天内有4000多人死亡，两个月内又有8000多人死去。 伦敦烟雾事件 5、水俣病事件　　1953－1956年，日本熊本县水俣镇一家氮肥公司排放的含汞废水，使汞在海水、底泥和鱼类中富集，又经过食物链使人中毒。1991年，日本环境厅公布的中毒病人仍有2248人，其中1004人死亡。 水俣病肢端感觉麻木（左）和中心性视野缩小（右） 胎儿性水俣病发笑症（3岁开始）汞污染引起的胎儿性水俣病患者 6、骨痛病事件　　1955－1972年，日本富山县的一些铅锌矿在采矿和冶炼中排放废水，废水在河流中积累了重金属“镉”。人长期饮用这样的河水，食用浇灌含镉河水生产的稻谷，出现了骨骼严重畸形、剧痛，身长缩短，骨脆易折等病症。 骨痛病发病地区分布图 7、四日哮喘病事件　　1961年，日本四日市由于石油冶炼和工业燃油产生的废气，严重污染大气，引起居民呼吸道疾病聚增，尤其是哮喘病的发病率大大提高，形成了一种突出的环境问题。 8、米糠油事件　　1968年，在日本北九州一带，由于鸡和人吃了含有多氯联苯的米糠油，先是几十万只鸡吃了有毒饲料后死亡。继而有13000多人开始眼皮发肿，手掌出汗，全身起红疙瘩，接着肝功能下降，全身肌肉疼痛，咳嗽不止。 现代环境问题 大气污染 排入大气中的烟尘随风扩散 枯树-有害气体污染的恶果 全球气候变暖（温室效应） ①近百年来全球变暖的趋势气候学的纪录显示，近百年来，全球的平均地面气温呈现明显的上升趋势。总体上，本世纪80年代的全球平均气温比上个世纪下半叶升高了约0.6°C。这种趋势很可能继续下去，除非采取有效的措施加以控制。坐落在维也纳附近的国际应用系统分析研究所于1991年所作的预测表明，到2050年，全球变暖的幅度可能在4.5~10°C之间，到21世纪末，则在12~15°C之间。这些预测还是初步的，因为其中没有考虑海洋热力学效应引起的时间滞后效应。比较合理的预测是，到2030年，全球平均气温将比现在上升0.5~2.5°C，到2050年，将上升3.6~4.5°C。 ②全球变暖可能产生的影响初步研究显示，全球变暖会引起温度带的北移，进而导致大气运动发生相应的变化，全球降水也将随之发生变化。一般地，低纬度地区现有雨带的降水量会增加，高纬度地区冬季降雪量也会增多，而中纬度地区夏季降水量将会减少。对于大多数干旱、半干旱地区，降水量增多是有利的。而对于降水减少的地区，如北美洲中部、中国西北内陆地区，则会因为夏季雨量的减少变得更加干旱，水源更加紧张。据估算，在综合考虑海水热胀、由于极地降水增加导致南极冰帽增大、北极和高山冰雪融化等因素的前提下，当全球气温升高1.5~4.5°C时，海平面将可能上升20~165厘米。海平面的上升无疑会改变海岸线，给沿海地区带来巨大影响，目前海拔较低的沿海地区将面临被淹没的危险。海平面上升还会导致海水倒灌、排洪不畅、土地盐渍化等其他后果。尽管存在着许多的不确定性，但显而易见的是，全球气候变暖对气候带、降水量以及海平面的影响以及由此导致的对人类居住地及生态系统的影响是极其复杂的，必须给予应有的重视。认为这种影响从长远来看是无关紧要的看法是不负责任的。 ③全球变暖的原因根据物理学原理我们知道，自然界的任何物体都在向外辐射能量，这叫做热辐射。一般物体的热辐射的波长有一定的范围，由该物体的绝对温度决定。温度越高，热辐射的强度越大，短波所占的比重越大；温度越低，热辐射的强度越低，长波所占的比例越大。太阳表面温度约为绝对温度6000K，热辐射的最强波段为可见光部分；地球表面的温度越为288K，地表热辐射的最强波段位于红外区。太阳辐射透过大气层到达地球表面后，被岩石土壤等吸收，地球表面温度上升；与此同时，地球表面物质向大气发射出红外辐射。大气层对红外辐射具有强烈的吸收作用，这就造成地球表面从太阳辐射获得的热量相对多，而散失到大气层以外的热量相对少，使得地球表面的温度得以维持，这就是大气的温室效应。最终，地球接受到的太阳辐射的能量和它散失的红外辐射的能量达到平衡，形成地球表面现有的平均气温。 如前所述，地球大气是多种气体的混合物，其中氮气和氧气占了总量的99%，但是起到温室效应的却主要是一些微量气体，这些气体对太阳辐射的主体部分──短波和可见光──吸收很弱，而对地面发出的长波辐射吸收强烈。因此当它们在大气中的浓度增加时，大气的温室效应就会加剧，引起地球表面和大气层下部的温度升高。这些气体被称为"温室气体"。"温室气体"主要包括二氧化碳、臭氧、甲烷、氯氟烃、一氧化碳等。近百年来的气候变暖被认为是二氧化碳等温室气体在大气中的浓度大幅度上升的结果。引起温室气体增加的主要原因是人类活动。以二氧化碳为例，在人类社会实现工业化以前的19世纪初，大气中二氧化碳的浓度为270ppm，而到了1988年已上升到350ppm。大气中二氧化碳浓度增加的原因主要有两个：首先，由于人口的剧增和工业化的发展，人类社会消耗的化石燃料急剧增加，燃烧产生大量的二氧化碳进入大气，使大气中的二氧化碳浓度增加；其次，森林毁坏使得被植物吸收利用的二氧化碳的量减少，造成二氧化碳被消耗的速度降低，同样造成大气中二氧化碳浓度升高。二氧化碳以外的温室气体，如甲烷、氯氟烃（氟里昂）、氧化氮等也在不同程度地增加着。 臭氧层破坏 太阳辐射的紫外光中有一部分能量极高，如果到达地球表面，就可能破坏生物分子的蛋白质和基因物质，即我们所熟知的DNA，造成细胞破坏和死亡。来自于太阳的高能量的紫外辐射在到达地球表面之前，其中高能的紫外线使得高空中（离地面10公里以上）的氧气分子发生分解，产生的氧原子具有很强的化学活性，因此能很快与大气中含量很高的氧分子发生进一步的化学反应，生成臭氧分子。由于臭氧和氧气之间的平衡，大气形成了一个较为稳定的臭氧层，而臭氧层的作用正是阻挡太阳紫外线照射，使人类免受伤害。大气臭氧层的损耗是当前世界上又一个普遍关注的全球性大气环境问题，它同样直接关系到生物圈的安危和人类的生存。 ①臭氧层损耗与"臭氧洞"臭氧（O3）是氧元素的同素异形体，它的化学性质十分活泼，很容易跟其他物质发生化学反应。实际上，在臭氧层内，臭氧的形成是众多物质参与，一系列化学反应达到化学平衡的结果。臭氧在遇到H、OH、NO、Cl、Br时，就会被催化，加速分解为O2。氯氟烃之所以被认为是破坏臭氧层的物质就是因为它们在在太阳辐射下分解出Cl和Br原子。1984年，英国科学家首次发现南极上空出现臭氧洞。1985年，美国的"雨云-7号"气象卫星测到了这个臭氧洞。以后经过数年的连续观测，进一步得到证实。据NASA报道，NASA的"Nimbus-7"卫星上的总臭氧测定记录数据表明，近年来，南极上空的臭氧洞有恶化的趋势。目前不仅在南极，在北极上空也出现了臭氧减少现象。NASA和欧洲臭氧层联合调查组分别进行的测定都表明了这一点。 ②臭氧层破坏的原因对于大气臭氧层破坏的原因，科学家中间有多种见解。但是大多数人认，人类过多地使用氯氟烃类化学物质（用CFCs表示）是破坏臭氧层的主要原因。氯氟烃是一种人造化学物质，1930年由美国的杜邦公司投入生产。在第二次世界大战后，尤其是进入60年以后，开始大量使用，主要用作气溶胶、制冷剂、发泡剂、化工溶剂等。另外，哈龙类物质（用于灭火器）、氮氧化物也会造成臭氧层的损耗。如上文说述，在平流层内离地面20~30千米的地方是臭氧的集中层带，在这个臭氧层中存在着氧原子（O）、氧分子（O2）和臭氧（O3）的动态平衡。但是氮氧化物、氯、溴等活性物质及其他活性基团会破坏这个平衡，使其向着臭氧分解的方向转移。而CFCs物质的非同寻常的稳定性使其在大气同温层中很容易聚集起来，其影响将持续一个世纪或更长的时间。在强烈的紫外辐射作用下它们光解出氯原子和溴原子，成为破坏臭氧的催化剂（一个氯原子可以破坏10万个臭氧分子）。 ③臭氧层破坏对生物圈的影响由于臭氧层中臭氧的减少，照射到地面的太阳光紫外线增强，其中波长为240~329纳米的紫外线对生物细胞具有很强的杀伤作用，对生物圈中的生态系统和各种生物，包括人类，都会产生不利的影响。臭氧层破坏以后，人体直接暴露于紫外辐射的机会大大增加，这将给人体健康带来不少麻烦。首先，紫外辐射增强使患呼吸系统传染病的人增加；受到过多的紫外线照射还会增加皮肤癌和白内障的发病率。此外，强烈的紫外辐射促使皮肤老化。臭氧层破坏对植物产生难以确定的影响。近十几年来，人们对200多个品种的植物进行了增加紫外照射的实验，其中三分之二的植物显示出敏感性。一般说来，紫外辐射增加使植物的叶片变小，因而减少俘获阳光的有效面积，对光合作用产生影响。对大豆的研究初步结果表明，紫外辐射会使其更易受杂草和病虫害的损害。臭氧层厚度减少25%，可使大豆减产20~25%。紫外辐射的增加对水生生态系统也有潜在的危险。紫外线的增强还会使城市内的烟雾加剧，使橡胶、塑料等有机材料加速老化，使油漆褪色等。 为什么地球上的“三极”臭氧层破坏严重? 据观测，目前臭氧层破坏比较严重的地方在地球的“三极”上，即北极度地区、南极度地区和青藏高原的上空。而地球上的这“三极”自然条件恶劣，人烟稀少，当地人们向大气中所排放的氯氟烃数量有限，为什么“三地”上空臭氧层所受的破坏反而比较严重呢？原来包围在地球周围厚厚的大气层，在垂直方向上可以分为五层；对流层、平流层、中间层、热层和外层。臭氧层就位于平流层当中。对流层是高度最低的一层，它和人类的关系最为密切，人类在向大气中排放的有害气体首先进入到该层当中。它的高度就是该层空气对流运动所能到达的顶端，因而其高度随纬度和地势高低而变化；赤道地区因所获得的太阳辐射较多，空气对流运动旺盛，因而对流层较高；两极地区因所获得的太阳辐射较少，空气对流运动较弱，对流层较低；南极相对于北极更冷一些，因而其对流层就更低；青藏高原虽然纬度不是很高，但由于它作为“世界屋脊”的较高的地势，使其表面温度降低，空气对流运动不够旺盛，因而对流层也较低。正是由于“三极”地区上空的对流层也较低，相应的平流层的高度也随之降低。人们向对流层大气中排放的氯氟烃会随着大气的环流运动而到达“三极”地区的上空，正是因为“三地”的平流层较低，所以氯氟烃能到达平流层中而破坏臭氧层。实际的观测结果也最低，臭氧层破坏最为严重，已经出现了臭氧空洞；北极度地区臭氧层破坏较南极地区轻一些，青藏高原地区臭氧层破坏较北极度地区又轻一些。 酸雨的危害 近代工业革命，从蒸气机开始，锅炉烧煤,产生蒸汽,推动机器；而后火力电厂星罗齐布,燃煤数量日益猛增。遗憾地是，煤含杂质硫，约百分之一，在燃烧中将排放酸性气体SO2；燃烧产生的高温尚能促使助燃的空气发生部分化学变化，氧气与氮气化合，也排放酸性气体NOx。它们在高空中为雨雪冲刷，溶解，雨成为了酸雨；这些酸性气体成为雨水中杂质硫酸根、硝酸根和铵离子。1872年英国科学家史密斯分析了伦顿市雨水成份，发现它呈酸性，且农村雨水中含碳酸铵，酸性不大；郊区雨水含硫酸铵，略呈酸性；市区雨水含硫酸或酸性的硫酸盐,呈酸性。于是史密斯首先在他的著作《空气和降雨：化学气候学的开端》中提出“酸雨”这一专有名词。酸雨的发现 什么是酸雨?简单地说，酸雨就是酸性的雨。什么是酸?纯水是中性的，没有味道；柠檬水，橙汁有酸味，醋的酸味较大，它们都是弱酸；小苏打水有略涩的碱性，而苛性钠水就涩涩的，碱味较大，它们是碱。科学家发现酸味大小与水溶液中氢离子浓度有关；而碱味与水溶液中羟基离子浓度有关；然后建立了一个指标：氢离子浓度对数的负值,叫pH值。于是，纯水的pH值为7；酸性越大，pH值越低；碱性越大,pH值越高。未被污染的雨雪是中性的，pH值近于7；当它为大气中二氧化碳饱和时，略呈酸性，pH值为5.65。被大气中存在的酸性气体污染,pH值小于5.65的雨叫酸雨；pH值小于5.65的雪叫酸雪；在高空或高山(如峨眉山)上弥漫的雾,pH值小于5.65时叫酸雾。 什麽是酸雨率?一年之内可降若干次雨,有的是酸雨,有的不是酸雨,因此一般称某地区的酸雨率为该地区酸雨次数除以降雨的总次数。其最低值为0%;最高值为100%。如果有降雪,当以降雨视之。　　有时,一个降雨过程可能持续几天,所以酸雨率应以一个降水全过程为单位,即酸雨率为一年出现酸雨的降水过程次数除以全年降水过程的总次数。　　除了年均降水pH值之外,酸雨率是判别某地区是否为酸雨区的又一重要指标。 什麽是酸雨区?某地收集到酸雨样品,还不能算是酸雨区,因为一年可有数十场雨,某场雨可能是酸雨,某场雨可能不是酸雨,所以要看年均值。目前我国定义酸雨区的科学标准尚在讨论之中,但一般认为:年均降水pH值高于5.65,酸雨率是0-20%,为非酸雨区;pH值在5.30--5.60之间,酸雨率是10--40%,为轻酸雨区;pH值在5.00--5.30之间,酸雨率是30-60%,为中度酸雨区;pH值在4.70--5.00之间,酸雨率是50-80%,为较重酸雨区;pH值小于4.70,酸雨率是70-100%,为重酸雨区。这就是所谓的五级标准。其实,北京,西宁,兰州,乌鲁木齐等市也收集到几场酸雨,但年均pH值和酸雨率都在非酸雨区标准内,故为非酸雨区。 欧洲酸雨分布 我国酸雨情势如何我国工业起步较晚，目前SO2排放量虽达一定的程度，但由于环境的缓冲作用，在湖泊水体酸化和森林大面积衰亡等酸雨严重危害现象上，表现还不明显。我国酸雨主要分布于长江以南、青藏高原以东地区及四川盆地。以长沙为代表的华中酸雨区，降水酸度值最低，酸雨出现频率最高，并呈逐年加重趋势；西南酸雨区污染程度仅次于华中酸雨区；华南酸雨区、华东沿海酸雨区分布较广，污染较重。1996年，酸雨降水污染普遍加重，分布区域有所扩展。据84个国控网络城市监测，降水年均pH值低于5.6的城市有43个。长沙降水平均pH值达到3.54，为监测城市中的最低值。降水平均pH值小于4.5的城市有长沙、厦门、赣州、宜宾。酸雨频率大于60％的城市有24个，其中：酸雨频率大于90％的城市有宜宾、衡阳、长沙、赣州；酸雨频率大于80％的城市还有梧州、厦门、怀化、南昌、图们；酸雨频率大于70％的城市还有乐山、广州。据前些年的报道，酸雨污染北移跨过秦岭。1988年夏以来，工业落后而生态环境较好的陇南地区出现酸性降水，当年采集的52个降水样品中，有36.5％的样品pH值小于5.6，最低为3.50，该地区的酸雨污染与中、长距离的污染物输送有关。 城区降水酸度高，郊区、远离城市的广大农村则接近正常,pH值在6.5左右。在季节分布上，冬季降水酸性强，夏季则较弱。与国外酸雨现象相比较，我国酸雨的特点是：降水化学组分受污染影响程度严重，尤以硫含量为突出。我国各主要城市降水中硫酸根含量和硫酸根与硝酸根比值范围都达欧美国家对应值的3倍～5倍，充分反映了煤烟型大气污染和低空排放的特点。仅就降水化学组分而言，北方城市所受污染比南方城市严重得多，幸好北方的碱性土壤为降水提供了足够的中和物质。酸雨分布呈显著的地域性。早期的酸雨监测和普查工作，发现我国酸雨呈以城市为中心的多中心分布。深入研究表明，我国城市上空近地面层存在着中和作用层。如上海、重庆和广州的酸雨垂直分布监测表明，100米高度内的近地层对降水酸度主要起中和作用，且中和作用会有更高的范围。局地污染可能引起的致酸作用小，到达上空致酸区的局地污染物，其影响超出局地范围，致酸区污染物的可能来源也不再限于局地性。 受酸雨伤害的水稻 生物多样性锐减 对于任何一个物种都是地球的财富，更是我们人类的伙伴，切望避免，当我们的后人需要了解藏羚羊时，却只剩下皮毛、标本和照片！ 欧美上层社会流行着沙图什 价值连城的藏羚羊绒制品－沙图什是人们猎杀这种美丽生灵的原因。 森林锐减 人类将为滥砍乱伐付出沉重的代价 人类将为滥砍乱伐付出沉重的代价 水土流失 水土流失 黄河河口地区的卫星影像影像反映的是沉积在黄河入海口处的泥沙 土地沙漠化 由于草原严重沙化，骆驼无草可食，营养不良，骆驼产下后无法站立，无法吃奶，最后死亡。 内蒙古自治区阿拉善盟是我国沙尘暴的主要起源地之一，这是2001年的一场强沙尘暴使得骆驼前行非常困难。 垃圾及固体废弃物污染 水资源污染 面对唯一的河水被污染，老人无言以对。 饮用水的污染，对以此为生的居民造成极大的伤害，救救人们！ 饮用水的污染，对以此为生的居民造成极大的伤害，救救孩子！ 其他污染 城市交通噪声污染 飞机噪声污染 工厂噪声污染 冶炼钢铁的高温环境 造船厂的焊接眩光污染 第三节环境科学 一、环境科学的概念环境科学是以“人类-环境”系统为其特定的研究对象。是研究“人类-环境”系统的发生、发展和调控的科学。它是一门内容丰富、领域广泛的新兴学科。是在自然科学、社会科学、经济科学和技术科学的基础上发展起来的交叉学科。 环境科学与四大科学领域的关系 二、环境科学的任务环境科学的任务在于揭示人类与环境相互作用的规律，抓住人类与环境这一对矛盾的实质，研究其间的对立统一关系，充分认识二者之间的作用，以便能动地改造环境并积极调节其间物质和能量的交换过程，促使环境朝着有利于人类的方向演化。 人类与环境相互作用的规律大体可以分为自然规律、社会规律、经济规律、技术规律和环境规律等五个方面。这五个规律相互影响，互相制约，经系统的协同、放大，对整个系统的运动产生不同的影响。人类在这个作用过程中担当着重要的角色，其活动如果得当，可使系统向着好的方向发展，否则会出现系统恶化的情况。 三、环境科学的研究内容环境自然科学环境社会科学环境经济科学环境技术科学 第四节环境保护与可持续发展 一、环境保护（一）环境保护的概念和任务环境保护是指人类为解决现实的或潜在的环境问题，协调人类与环境的关系，保障经济社会的持续发展而采取的各种行动的总称。　　　　　　环境保护的任务是调控发展和环境之间的关系。即在促使经济稳步发展的同时，运用各种措施（包括行政的、法律的、经济的、教育的、科学技术的）保护自然环境和自然资源，防治环境污染和生态破坏，提高环境质量，创造生态健全的工作和生活环境。 （二）环境保护的方法和内容环境保护的方法和手段有工程技术的、行政管理的，也有法律的、经济的、宣传教育的等。（三）我国环境保护的基本思路在1996年7月份召开的第四次环境保护会议上明确了我国环境保护的基本思路。具体如下：1、实行可持续发展战略2、遏制环境恶化趋势 二、可持续发展朴素的可持续发展观念古来有之，但现代意义上的可持续发展概念则是挪威首相布伦特兰夫人在《我们共同的未来》报告中首次提出的。所谓可持续发展是指：“既满足当代人的需要，又不对后代人满足其需要的能力构成危害的发展”。这一定义得到广泛的接受，并在1992年联合国环境与发展大会上取得共识。 我国学者对这一定义作了如下的补充：可持续发展是“不断提高人群生活质量和环境承载能力的、满足当代人需求又不损害子孙后代满足其需求能力的、满足一个地区或一个国家人群需求又不损害别的地区或国家人群满足其需求能力的发展”。 （一）可持续发展的背景1、古代朴素的可持续发展思想典故：“网开三面”、“里革断罟”孔子：“钓而不纲，弋不射宿”管仲：“为人君而不能谨守其山林……”《秦律·田律》：“春二月，毋敢伐树木山林……”与天地相参 （一）可持续发展的背景1、古代朴素的可持续发展思想西方一些经济学家如马尔萨斯（1802年）、李嘉图（1817年）和穆勒（1900年）等，他们也较早地在著作中提出过人类消费的物质限制，即人类的经济活动范围存在着生态边界。 （一）可持续发展的背景2、现代可持续发展思想的形成（1）《寂静的春天》——对人类行为和观念的早期反思(1962年)（2）《增长的极限》——引起全世界反响的“严肃思考”(1972年)（3）联合国人类环境会议——人类对环境问题的正式挑战(1972年) （4）《我们共同的未来》——环境与发展思想的重要飞跃(1987年)（5）联合国环境与发展大会——环境与发展的里程碑(1992年)（6）可持续发展世界首脑会议——责任与义务的体现(2002年)划分三个阶段：污染治理阶段；环境管理阶段；综合决策阶段； 寂静的春天美国海洋生物学家R.Carson于1962年出版了曾被誉为“绿色圣经”的《寂静的春天》（SilentSpring）一书，作者根据自己多年调查研究的结果，描述了由于滥用DDT等杀虫剂等对生物体以及生存环境所造成的危害。“在被用来对付昆虫之余，已转过来威胁着我们整个的大地了”。“它们是是过去百鸟争鸣、充满生机的春天变得万般寂籁的头号杀手”。有机氯农药的使用，致使原本生机勃勃的春天寂静了。该书出版后，引起极大的争议：反对力量来自化工集团与使用农药的农业部门，甚至美国医学会也反对她。1963年，肯尼迪总统任命委员会调查该书的结论。直接的后果是：各州通过立法限制杀虫剂的使用，最后曾获得Nobel奖的DDT等剧毒杀虫剂最终被取消。1992年，一个杰出美国人的组织推选“寂静的春天”为近50年来最具有影响的书。 联合国人类环境会议1972年6月5日-16日在瑞典首都斯德哥尔摩召开，是联合国成立以来的首次大规模的环境会议。会议通过“联合国人类环境宣言”，提出了7个共同点，26个共同原则。主要内容：人类破坏环境的能力空前增加；保护与改善环境成为各国政府应尽的责任；威胁人体健康的活动应特别给予关注；人口的增加将会对环境产生不利的影响；全体人群要负起保护环境的责任，需要广泛地合作。中国派出以燃料化学工业部副部长康克为团长、国家计划委员会副主任顾明为副团长的代表团参加会议。 环境污染治理阶段（七十年代以前）人们对环境问题的认识在此阶段只是表现为环境污染。认为环境问题是经济发展过程所产生的一个不可避免的负作用，只是一个单纯的技术问题。选用的解决手段是采用技术方法进行环境治理。此阶段建设了大量的水污染与大气污染治理工程，但是环境质量并没有得到好转，环境状况持续恶化。 增长的极限1972年罗马俱乐部发表了著名的《增长的极限》（thelimitstogrowth）一书，它以麻省理工学院J.Forrester的系统动力学为基础建立了一个世界模型（又称为Forrester-Meadows模型）。得出较为悲观的结论：“如果在世界人口、工业化、污染、粮食生产和资源消耗等方面，现在的趋势继续下去，这个行星上增长的极限有朝一日将在今后100年中发生，最可能的结果将是人口和工业生产能力双方有相当突然的和不可控制的衰退”。重点探讨不可再生资源的耗竭问题。得出“零增长”的方案，结果引起很大的争议：乐观派与悲观派。 简化的世界模型（增长的极限） 环境管理阶段（七十年代至九十年代）对采用技术手段解决环境问题进行反思。大多数国家成立了相应的环境管理机构，并颁布了大量的关于环境的法律与制度。以我国为例，环境管理的主要内容是三同时制度、排污收费制度以及环境影响评价制度。实际情况表明，环境管理手段的执行效果并不太好。 我们共同的未来1987年，由挪威前首相Brundtland夫人领导的世界环境与发展委员会于1987年出版“Ourcommonfuture”可持续发展(sustainabledevelopment)：既满足当代人的需求，又不对后代人满足其需要的能力构成危害的发展。（sustainabledevelopmentisthedevelopmentthatmeetstheneedsofthepresentwithoutcompromisingtheabilityoffuturegenerationstomeettheirneeds.）三大部分内容：第一部分：共同的关切第二部分：共同的挑战第三部分：共同的努力在1992年的人类环境会议，其定义的可持续发展成为会议的主题。 联合国环境与发展大会1992年6月3日-14日，在巴西里约热内卢召开。会议的主题是环境与发展。参加会议的有183个国家代表团，有102个国家元首与政府首脑出席了会议。会议普遍接受了“可持续发展”战略，认为它是人类社会发展的正确选择。通过两个纲领性文件：“里约环境与发展宣言”（地球宪章）与“21世纪议程”（全球行动计划）同时，153个国家及欧洲共同体签署“气候变化框架公约”与“生物多样性公约”。中国派出以宋健为团长、曲格平为副团长的代表团参加会议，时任国务院总理的李鹏出席了会议。 综合决策阶段认识到环境问题的解决仅仅依靠技术治理与单纯的环境管理还不能根本奏效。环境问题本质上是经济发展问题，环境问题的解决需要从经济发展模式与发展观念入手。因此，解决资源环境等问题，需要转变经济发展模式，转变经济增长方式，从本源上解决问题。 综合决策的机理从经济、社会与环境等多个方面，考虑决策的科学性与合理性。从单一的传统的经济增长目标，转变为三维目标。从单一的政府决策，到多个行为主体的参与决策。目前，我国正在进行的规划环境影响评价工作，是其精神的重要体现。决策的组织保障：成立可持续发展委员会或者领导小组 可持续发展世界首脑会议(里约10年回顾)可持续发展世界首脑会议8月26日在南非约翰内斯堡开幕,这次会议是10年前巴西里约热内卢“环境与发展”大会的延续。会议代表有6万多人，100多个国家的领导人莅会。国务院总理朱容基出席了会议。本次可持续发展世界首脑会议的五大议题是健康、生物多样性、农业生产、水和能源。大会主席、南非总统姆贝基在开幕词中指出，贫困、落后和不平等，加上不断加剧的全球生态危机，是笼罩人类的阴影。一个多数人贫穷、少数人繁荣的全球社会是不可持续的。要实现可持续发展，需要各国遵循“共同但有区别的责任的原则”。 十年来全球发展变化简述在这10年里，虽然经济总量在持续增加，但是，地球环境却正在走向进一步的危机。温室化、沙漠化、水危机、森林减少、土壤碱化、气象异常等问题愈演愈烈，而且地球人口继续膨胀，贫困也继续蔓延。根据联合国发布的统计资料，在过去的10年中，人类失去了9400万公顷的森林，今后每年预计还会有1460万公顷的森林将从地球上消失；由于乱砍滥伐，全世界已有近1/4的土地变成了荒漠，100多个国家的10亿人口受到了荒漠化的威胁。目前，800多个物种已经灭绝，11000多个物种濒临灭绝；40％的人面临生活用水短缺；每年有300万人死于空气污染造成的疾病。根据世界卫生组织的估计，环境的恶化使全球可预防疾病的发病率增加了25％。过去的10年，自然灾害频频发生，给人类带来的损失高达6080亿美元，相当于此前40年的总和。 自1860年以来的14个“最热年”，都发生在最近的20年中，而每年消失的900多万公顷森林面积相当于一个葡萄牙的国土面积。发达国家和发展中国家之间的贫富差距、卫生差距以及享有高新技术和能源资源等的差距，也都在迅速扩大。例如，世界经济生产总值从1990年的31万亿美元增加到2000年的42万亿美元，而60亿地球人口中的五分之一却生活在1天1美元以下的贫困状态中。最后，十年来，世界所用资源量远远超出生态系统的承受能力；来自发达国家的官方援助过去10年间却在减少；全球仍有13亿贫困人口依赖脆弱的自然资源为生。 会议的热点与成果自从去年美国总统布什拒绝批准旨在防止地球温室效应的《京都议定书》以来，美国与欧盟的矛盾达到了比较尖锐的程度，此次会议双方的争论焦点是可再生能源问题。欧盟主张，各国应郑重承诺它们所使用的可再生能源（例如太阳能、风力）在2010年之前应该占全球能源生产的15％；可是作为全球最大污染者的美国，则拒绝这样的主张；作为化石性燃料重要供应者的加拿大和沙特阿拉伯，也对此予以反对。第二，环境与贸易成为发展中国家与发达国家之间争论的焦点。第三，发达国家与发展中国家对贫困与环境问题的争论会议最后通过：“约翰内斯堡宣言”与“可持续发展执行计划”。后者比“21世纪议程”更加具体：到2020年，最大限度地减少有毒化学物质的危害；到2015年，将全球绝大多数受损渔业资源恢复到可持续利用的最高水平；在2015年之前，将全球无法得到足够卫生设施的人口降低一半；到2005年开始实施下一代人资源保护战略等。 来自中国的声音实现可持续发展，是世界各国的共同任务。发达国家和发展中国家都应承担义务，但发达国家负有更大的责任。全球可持续发展战略能否得到实施，相当程度上取决于里约环发大会确定的“共同但有区别的责任”原则的落实情况。加强发展中国家可持续发展能力建设：国际社会应积极支持发展中国家走自主发展道路，发达国家应在解决本国环境问题的同时，向发展中国家提供技术咨询、人员培训、机制建设等方面的帮助。多渠道动员各种资金用于可持续发展：希望发达国家在提供资金和技术转让方面采取有效行动，兑现承诺。大力推进国际科技与贸易合作：应改变目前以保护环境为借口限制发展中国家产品出口的现象。要充分理解发展中国家在贸易、技术转让等领域面临的困难，消除贸易和技术壁垒。要优先解决广大发展中国家所关心的贫困饥饿、水资源短缺、城市空气污染、水土流失、能源和健康等问题，国际社会应理解和支持发展中国家在这些问题上的合理要求。只有这样，才能够最终实现全球可持续发展的目标。 课程邮箱：cd_hjykcxfz2010@126.com密码：cd_hjykcxfz2011