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3)35亿年以前,海洋中的元素和小分子化合物在各种能量的作用下,逐步合成了简单有机化合物,演化成具有单细胞结构的厌氧生物(异养生物)。
4)20亿年前,出现含有叶绿素的自养原核生物细菌、蓝藻等生物,它们的光合作用、新陈代谢使大气圈中出现O2,使大气环境从还原型向氧化型转变,最终形成了一个含氧的大气圈。
5)6亿年前,出现海洋动物。
随着大气圈O2的增加,大气游离氧在高空积累;
6)约在4亿年前形成了保护地球的臭氧层,为海洋生物登陆创造了条件,生物圈由水圈扩展到陆地。
(古人类出现于在距今大约200~300万年前。
)7)4亿年至2亿年前,首次出现了陆生蕨类植物。
8)最终在地球上形成微生物、植物、动物的水陆生态系统,即生物圈。
四、环境的特性
1、环境的多样性
1)自然环境的多样性:
①自然物质多样性(元素周期表)②生物多样性(物种多样性,遗传多样性,生态系统多样性)③环境形态多样性(陆地:
平原、盆地、丘陵、山地、高原。
水域:
河流、湖泊、海洋、沼泽)④环境过程多样性(内力作用:
板块运动、岩浆运动。
外力作用:
风化、侵蚀、搬运、沉积、成岩、降水、蒸发。
)⑤环境功能多样性(树林生态功能:
水土保持、防风固沙、降低噪声、光合作用、调节气候、美化环境、保护生物。
大气层生态功能:
保温作用,保障物质循环水、提供氧气库、反射电磁波、
2)人类需求的多样性(人工环境的多样性)①物质需求多样性(衣、食、住、行、用、氧气、水、粮食、能量等)②精神需求多样性(书籍、医疗、音乐、电影、文化、体育等)
2、环境的整体性:
环境各要素之间(自然环境要素和人工环境要素)相互联系、相互制约;
局部环境与整体环境相互影响、依存;
环境中物质和能量的循环与转化;
跨界(省市、地区、国家)环境的影响;
环境问题的综合性、复杂性
3、环境的区域性:
指环境要素在时空分布上的差异,表现为:
地球环境的多样性,侧重空间,如水域陆地等地带性。
局部小环境的多变性,侧重时间,如季节。
局部与整体之间的环境要素关系的复杂性,如污染物借助特种传播途径的传播
4、环境的相对稳定性:
含义:
环境中物流、能流和信息流不断变化,环境本身具有一定的抗干扰自我调节能力,在一定的干扰强度范围内,环境的结构和功能基本不变。
人类系统是一个开放系统,人类活动会影响环境
5、环境变化的滞后性:
环境受到外界影响后,环境发生变化的时间要滞后于外界干扰的时间。
例如:
臭氧层空洞的形成
6、环境的脆弱性:
环境在所受到的干扰强度超过其阈值时,会遭到破坏。
诱因:
人类“人口爆炸”压力,需求的快速增长表现:
环境问题:
地球资源的有限性,资源危机。
地球环境承载力的有限性,环境危机。
第2节环境问题
一、环境问题及其分类
1、环境问题
广义理解:
自然力或人力引起生态平衡破坏,最后直接或间接影响人类的生存和发展的一切客观存在的问题,都是环境问题。
(地震、水、旱、风灾、人口的剧增、生态环境的破坏等)。
狭义理解:
由于人类的生产和生活活动,使自然生态系统失去平衡,反过来影响人类的生存和发展的一切问题。
2、环境问题分类
从引起环境问题的根源考虑可将环境问题分为两类:
原生环境问题和次生环境问题。
原生环境问题:
又称第一环境问题,由自然力引起的为原生环境问题,如火山喷发、地震、洪涝、干旱、滑坡等等自然灾害引起的环境问题,(天灾)。
次生环境问题:
又叫第二环境问题。
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,反过来又危机人类自身的生存和发展的现象引起的环境问题。
(人祸)
二、环境问题的由来与发展
1、环境问题的的由来
从人类诞生开始就存在着人与环境的对立统一关系,就出现了环境问题。
片面追求经济价值忽视生态价值引起的环境问题。
工业发展产生的工业废水、废气、废渣引起的污染;
植被的迅速减少引起的环境问题。
为了保证经济的高速增长而不惜以牺牲环境为代价,过度地开垦,使土地退化异常严重。
城市发展而引起的环境问题。
一系列的由于城市发展环境问题给人们生活生产带来诸多不便。
2、环境问题的发展
从古至今,随着人类社会的发展,环境问题也在发展变化,大体上经历了四个阶段。
(一)环境问题萌芽阶段(工业革命以前)。
(二)环境问题的发展恶化阶段(工业革命至20世纪50年代前)。
(三)环境问题的第一次高潮(20世纪50年代至80年代以前)。
(四)环境问题的第二次高潮(20世纪80年代以后)
三、环境问题的性质和实质
1、性质:
1)具有不断发展和不可根除性。
它与人的欲望、经济的发展、科技的进步同时产生、同时发展的。
2)环境问题的范围广泛而全面(它存在于生产、生活、政治、工业、农业和科技等各个领域)。
3)环境对人类行为具有反作用,迫使人类在生产方式、生活方式、思维方式等一系列问题上进行改变。
4)环境问题具有可控性,即人们可以通过宣传教育提高环境意识,充分发挥人的智慧和创造力,借助法律的、经济的、技术的手段把环境问题控制在影响最小的范围内。
2、实质:
人与自然关系的失调,这种失调造成了对生态系统平衡关系的破坏,它是人口、经济、社会、环境非协调发展所引起的问题。
四、解决环境问题的方法:
要从根本上解决环境问题,人类必须改变无节制生产和最大限度消费的生存方式,摒弃一味向自然索取以满足自身和短期利益的价值观念。
第3节环境科学及其发展
1、环境学科的诞生
“环境学科”是随着环境问题的日趋突出而产生的一门新兴的综合性边缘学科。
虽然在古代就已经产生了朴素的环境科学思想,但是作为一门独立的学科还是在近代:
①环境科学诞生于20世纪的60年代—:
标志是1962年RachelCarson的《SilentSpring》,1968年国际科学联合理事会设立环境问题科学委员会。
②70—80年代得到了迅速发展—:
标志1972年联合国人类环境会议,1987年《OurCommonFuture》提出“可持续发展”概念。
③90年代学科体系趋于成熟—:
1992年联合国环境与发展大会(UNCED)《里约环境与发展宣言》(RioDeclarationonEnvironmentandDevelopment)、《21世纪议程》(Agenda21)。
④21世纪环境科学学科在广度和深度上得到了更全面的拓展。
二、环境科学的研究对象与任务
1、环境科学的研究对象:
是“人类与环境”这对矛盾之间的关系,研究它们对立统一关系的发生和发展,调节与控制,利用与改造。
2、环境科学的基本任务,就是揭露人类与环境这对矛盾的实质,研究和掌握它的发展规律,调控它们之间的物质和能量交换过程,寻求解决矛盾的途径和方法,以改善环境质量,造福人类,防止人类与环境关系的失调,促进协调发展,促进人类社会更加繁荣昌盛地向前发展。
第2章当代世界环境问题
第一节当前世界关注的全球环境问题
一、当前全球环境问题
1、近代环境问题的特点
1)震惊世界的八大公害;
2)由工业污染向城市污染和农业污染发展;
3)点源污染向面源(江河污染)发展;
4)局部污染正迈向区域性和全球性污染,构成了第一次环境问题高潮
二、全球环境问题
1、全球环境问题的含义:
对全球产生直接影响或具有普遍性,随后又发展为对全球造成危害的环境问题(全球性气候变暖、臭氧层破坏、酸沉降、淡水资源短缺问题、海洋污染问题、危险废弃物越境转移问题、人口问题、城市化问题、植被破环即物种灭绝问题)。
2、全球环境问题的起源
1)始于1984年由英国科学家发现、1985年美国科学家证实在南极上空出现“臭氧空洞”。
2)构成第二次世界环境问题高潮。
这一阶段环境问题的核心,是与人类生存休戚相关的。
“全球变暖”、“臭氧层破坏”、“酸沉降”是三大全球性大气环境问题,引起了各国政府和全人类的高度重视。
3、全球环境问题:
1)人口问题;
2)城市化问题;
3)淡水资源短缺问题;
4)植被破坏—物种灭绝(即保护生物多样性)问题;
5)海洋污染问题;
6)危险废弃物越境转移问题;
7)全球变暖;
8)臭氧层破坏;
9)酸沉降。
人口问题是一切问题的根源,并具有独立的性质。
三、发达国家的环境状况
1、比较好的解决了国内的环境污染问题:
①空气比以前新鲜,天空变蓝(日本、美国、英国、德国和法国)(二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物有了显著降低。
)②水体变清(日本,美国,英国,德国)
2、发达国家当前的环境问题:
①工业废物、生活垃圾急剧增加。
②噪声问题仍很突出。
③氮氧化物污染仍未得到有效控制。
④大气中有害物质污染如故⑤水环境问题还未解决。
(在七八十年代,在发达国家中还发生了一些重大的水污染事故、湖泊的富营养化问题)
第2节我国的环境问题
一、生态环境问题
1、森林生态功能较弱:
人均林地面积仅0.11公顷,只有世界人均水平的11.3%;
人均占有森林蓄积量约8.4立方米,只有世界人均水平的10.9%.
2、草原退化、水土流失、土壤沙化、耕地被占:
中国草地可利用面积较低。
优良草地面积小,草地品质偏低;
天然草地的面积逐步减少,质量不断下降;
草地载蓄力下降,普遍超载过牧,草地“三化”(退化、沙化、碱化)不断扩展。
3、水资源短缺:
中国水污染十分严重,是世界上最严重的国家之一。
水污染正在从有机污染向富营养化阶段过渡。
七大江河水系均受到不同程度的污染,尤以海河和辽河流域污染为重;
滇池、太湖和巢湖的氮、磷污染严重,富营养化问题突出;
东海和渤海近岸海域污染较重。
二、环境污染严重
1、大气污染十分严重:
大气污染主要集中在城市。
目前,中国能源以燃煤为主,因此大气污染属于典型的煤烟型污染,大气污染物主要以总悬浮颗粒物、二氧化硫为代表。
在一些大城市因机动车数量剧增,氮氧化物迅速攀升。
使得中国的城市空气污染正在从煤烟型向煤烟型与汽车尾气混合型污染过渡。
2、酸雨污染
3、固体废弃物污染:
中国工业固体废物产生量基本趋于平稳,但综合利用程度依然不高。
中国城市生活垃圾和固体废物污染日益突出,垃圾围城现象较普遍,二次污染严重。
4、工业固体废弃物污染
5、城市生活垃圾污染
6、中国生物多样性存在的问题
第3节解决环境问题的根本途径
1、必须依靠控制人口、加强教育、提高人口素质,增强环境意识、强化环境管理,依靠强大的经济实力和科技的进步。
2、控制人口,加强教育,提高人口素质,普遍提高群众的环境意识。
3、解决环境问题又必须有相当的经济实力,即需付出巨大的财力、物力;
并且需要经过长期的努力。
4、需要科技的进步来解决环境问题。
第三章全球气候变暖和臭氧层破坏
第一节全球气候变暖与防治对策
一、近百年来的全球气候
近百年全球平均地表温度经历了冷—暖—冷—暖两次波动,总的趋势是上升的。
归纳近一百年来全球气温变化有如下特点:
(一)全球气温上升趋势明显,平均大约上升0.6℃;
(二)全球气温的变化不呈直进式,而是呈现冷暖交替波动。
通常所谓“全球变暖”指的是全球平均地表温度的升高,原因为:
1.地面是人类的主要活动空间,地面温度与人类关系最为密切;
2.个别地区的冷暖常常受天气形势的影响。
2、温室效应与温室气体
(一)温室效应(greenhouseeffect)
大部分太阳短波辐射可以通过大气层到达地面,使地球表面温度升高,大气能强烈地吸收地面放出的长波辐射,仅散失少量热辐射到宇宙空间中去。
由于大气吸收热量多,散失少,形成了大气的“温室效应”。
最终,地球受到的太阳辐射热量和地球散失的长波辐射热量会达到平衡,形成地球上的平衡温度,即目前地球的平均温度。
由于大气中温室气体浓度增加,使得入射能量和逸散能量之间的平衡遭到破坏,使得地球表面的能量平衡发生变化,引起地面层空气温度的增高,使地球表面大气温度上升,这被称之为温室效应。
(二)温室气体(greenhousegases)
温室气体:
在联合国《气候变化框架公约》中,把“大气中那些吸收和重新放出红外辐射的自然和人为的气体成分”称为温室气体。
大气由许多气体组成,其中氮、氧占了总体积的99%,但主要影响温室效应的却是众多的微量气体,这些气体可以让太阳短波辐射自由通过,同时吸收地面发出的长波辐射。
因此,当它们在大气中的浓度增加时,就会加剧“温室效应”,引起地球表面和大气层下温度升高,从而,这些气体就被统称为“温室气体”。
(三)温室气体的浓度变化与地球变暖趋势
引起气温变化的因子是多方面的,可分为自然因子和人为因子。
气候变化本身又可分为长期气候变化和短期气候变化。
自然因子在短期内的变化是不显著的,而人为因子如CO2和其它微量气体浓度的持续增加,会对短期气候尤其是区域性气候变化带来较显著的影响。
1、二氧化碳(CO2)
2、其他温室气体:
(1)甲烷的温室效应比CO2大20倍,因此它的浓度持续增长也是不容忽视的。
(2)氟氯烃(氟里昂)是人类的工业产品,其中其温室作用的主要是CFC11和CFC12,其半衰期可达70~80年。
(3)N2O,由于施用化肥的影响,N2O在大气中的浓度也在缓慢增长,年增长率为0.2%~0.3%。
(4)臭氧是大气中浓度仅次于CO2的温室气体。
3、全球变暖对人类的影响、
(1)沿海地区的海岸线变化
随着温室气体增强,气温升高,海水温度也随之升高,海水将会由于升温而膨胀,促使海水平面升高。
海水平面上升主要使沿海地区受到威胁,沿海低地有被淹没的危险,海拔稍高的沿海地区的海滩和海岸也会遭受侵蚀;
另外,还会引起海水倒灌,洪水排泄不畅、土地盐渍化等后果。
航运、水产养殖业也会受到影响。
(二)气候带移动:
气候带移动包括温度带和降水带的移动。
温度带移动会使大气运动发生相应的变化,全球降水也将改变。
气候带的移动会引起一系列的环境变化。
四、控制全球变暖的综合对策
全球气候问题与其他全球环境问题的区别:
1、全球变暖问题主要是由CO2引起的,而CO2是由消费能源产生的,与人们的日常生活和生产有着密切的关系,人类不易加以防止;
2、全球变暖问题具有很大的不确定性。
控制温室气体剧增的基本对策:
1、调整能源战略;
2、颁布应对气候变化的法律法规;
3、建立碳排放交易体系;
4、制定税收政策;
5、不断地加大对低碳技术的研发,对新能源的开发;
6、加强环境意识教育,促进全球合作,气候影响,人人有责。
提高现有能源利用率,减少CO2排放采取的措施:
1、采用高效能转化设备;
2、采用低耗能工艺;
3、改进运输,降低油耗;
4、推出新型高效家电;
5、改进建筑保温;
6、利用废热、余热集中供暖;
7、加强废旧物资回收利用
第二节臭氧层破坏与防治对策
一、臭氧层变化与臭氧洞
二、臭氧层破坏的原因
1、多数科学家认为,人类过多使用氟氯烃(用CFCs表示)类物质是臭氧层破坏的一个主要原因。
2、在平流层内存在着O、O2和O3的平衡,而O3与氮氧化物、氯、溴及其它各种活性基团的作用会破坏这种平衡。
3、其他某些人造化学活性物质也会对臭氧层有很大威胁。
三、臭氧层的变化对人类的影响
(一)对人类健康的影响
1、急性的:
阳光灼伤,皮肤变厚;
2、慢性的:
皮肤变化,表皮变薄;
3、致癌的:
非黑色素皮肤癌、细胞癌、有毒黑瘤;
4、眼的疾病:
白内障、雪盲、视网膜伤害、角膜肿瘤;
5、免疫障碍:
传染性疾病自身免疫系统紊乱、
(二)对植物的影响
(三)对水生生态系统的影响
(四)对其它方面的影响
四、拯救臭氧层
CFCs的排放可通过四种方法加以控制:
1、提高利用效率,降低操作损失;
2、回收与循环;
3、改进CFCs产品;
4、非CFCs产品的替代品。
第三节酸沉降与防治对策
一、酸雨(AcidRain)现象及其发展
1、酸沉降的科学概念包括”湿沉降”和“干沉降”。
(1)湿沉降通常指值低于5.6的降水包括雨、雪、霜、雹、雾和露等各种降水形式。
(2)干沉降指大气中所有酸性物质转移到大地的过程。
2、酸雨(AcidRain)一词最早是由英国化学家史密斯(R.A.Smith)使用的。
从19世纪80年代20世纪中期,北欧地区先后发现降水化学组成的变化。
在50年代后期,酸雨在比利时、荷兰和卢森堡被察觉,10年后,酸雨在德国、法国、英国等相继出现。
进入80年代后,酸雨的危害更为严重,并且扩展到了世界范围。
二、酸雨的概念
(一)酸雨的定义:
酸雨是PH值小于5.6的降水(包括雨、雪、霜、雾、露、冰雹)的总称。
(二)酸雨的来源:
1、天然排放的硫化合物;
2.、人为排放的硫化合物和氮氧化物
(三)酸雨的形成:
人为源和天然源排放的硫化合物和氮化合物进入大气后,要经历扩散、转化、输运以及被雨水吸收、冲刷、清除等过程。
气态的NOX、SO2在大气中可以氧化成不易挥发的硝酸和硫酸,并溶于云滴或雨滴而成为降水成分,它们的转化速率受气温、辐射、相对湿度以及大气等因素的影响。
三、酸雨的危害:
(一)酸雨对水生生态系统的影响;
(二)酸雨对陆生生态系统的影响;
(三)对各种材料的影响;
(四)酸雨对人体健康的影响;
(五)酸雨对建筑物的影响;
(六)酸雨对树木和土壤的影响
四、防治酸雨的综合对策:
(一)使用低硫燃料和改进燃烧装置;
(二)烟道气脱硫脱氮;
(三)控制汽车尾气排放
1992年6月12日在联合国环境与发展大会上,我国政府阐明了关于环境与发展问题加强国家合作的五点主张:
1、经济发展必须与环境保护相协调;
2、保护环境是全人类的共同任务,但是经济发达国家负有更大的责任;
3、加强国际合作要以尊重国家主权为基础;
4、保护环境和发展离不开世界的和平与稳定;
5、处理环境问题应当兼顾各国现实的实际利益和世界的长远利益
第四章能源与环境之间的关系
第一节能源的分类
一、能源的概念
1、能源的定义:
能源(energysources):
是自然界中为人类提供能量的资源。
2、能源的分类:
(1)按能源是否可再生来分:
1)可再生能源:
在自然界中能很快得到补充或循环再生,不随人类的利用而显著减少,例如太阳能、风能、水能等。
2)非再生能源:
在地球上的贮量是有限的,不可能在短期内得到再生和补充,随着人类的利用而显著减少,例如煤炭、石油、天然气、核能等。
(2)按自然界存在来分:
1)一次能源:
(是存在于自然界中可直接利用其能量的能源)常规能源:
可再生能源:
水力不可再生能源:
煤炭、石油、天然气等。
新能源:
太阳能、风能、海洋能;
不可再生能源:
核燃料。
2)二次能源:
(不是自然界天然存在的,而是人类利用一次能源经过加工、转化而取得的能源)电力、焦炭、煤气、沼气等。
3、能源问题重要性:
1)能源是现代经济社会发展的基础;
2)能源是经济社会发展的重要制约因素;
3)能源安全事关经济安全和国家安全;
4)能源消耗对生态环境的影响日益突出;
第2节世界能源基本情况和趋势
一、世界能源基本情况:
1、世界化石能源储量丰富,各国资源占有分布不均。
2、能源结构走向多元,化石能源仍是消费主体。
3、发达国家能源消费高位徘徊,发展中国家能源需求加快增长。
4、气候变化对能源发展影响加大,低碳和无碳能源成为新热点。
5、国际能源问题政治化倾向明显,非供求因素影响增大。
二、当今国际可再生能源的发展形势:
世界大部分国家能源供应不足,各国努力寻求稳定充足的能源供应,都对发展能源的战略决策给予了极大的重视,其中可再生能源的开发与利用尤为引人注目。
化石能源的利用会产生温室效应,污染环境等,这一系列问题都使可再生能源在全球范围内升温。
从目前世界各国既定能源战略来看,大规模的开发利用可再生能源,已成为未来各国能源战略的重要组成部分。
第3节能源利用与环境及其对环境的影响
1、电能生产对环境的影响
1、火力发电对环境的影响:
热污染、冷却水、热辐射
2、核能发电对环境的影响:
慢性辐射、放射性废物、反应堆的安全性
核能优点:
减少依赖化石燃料。
生产巨大能量。
只需小量原料。
铀矿蕴藏量足够长期使用。
运作成本较低(约为火力发电三分之一)。
生产电力时不会造成空气污染。
核能的缺点:
呼唤人类技术进步
第4节新能源的开发和应用前景
1、太阳能
太阳能的直接利用有两种途径:
一是太阳能的热利用;
二是太阳能的光电利用。
2、生物质能
定义:
从生物有机体中所获取的能量,如植物(树木、树叶)或动物(粪便)。
物理能、化学能。
使用情况:
全世界约有十亿人使用生物能;
发展中国家能源的35%。
影响:
燃烧造成空气污染;
砍伐森林造成环境破坏(土石流)、野生动物危机。
3、风能
目前全世界可开发的风能资源为53,000TWh,是目前全球发电量的两倍,水力发电资源量的三倍
4、氢气
高品质燃料,可提供汽车、热水器等使用;
可储存在燃料电池;
燃烧后产生水,不会造成污染;
利用电离法从H2O或CH4中分离出来
5、潮汐能、水能
建设水坝破坏良田;
破坏生境,例如阻止鱼虾洄游;
水坝造成淤泥堆积,影响环境;
河流变成湖泊。
六、地热能
七、核聚变能利用技术的研究
核能是公认的现实的可大规模替代常规能源的既干净又经济的现代能源
第5节我国能源发展战略和措施
一、能源消费
1、能源消费弹性系数=能源消费年平均增长率/国民生产总值年平均增长率
2、我国能源的消费情况:
能源丰富而人均消耗量少;
能源构成以煤为主;
燃煤严重污染环境;
农村能源供应短缺,以生物质能为主
二、中国能源战略的基本内容:
坚持节约优先、立足国内、多元发展、依靠科技、保护环境、加强国际互利合作,努力构筑稳定、经济、清洁、安全的能源供应体系,以能源的可持续发展支持经济社会的可持续发展。
中国现有的核电站包括:
秦山核电站(运营中);
大亚湾核电站(运营中);
岭澳核电站(运营中);
田湾核电站(建设中);
三门核电站(建设中)
二、节能优先的长期战略
工业、交通和建筑是节能的重点领域
(1)工业节能。
(2)交通节
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