能源消耗对环境的影响

能源消耗对环境的影响编者按：人类能够惬意地活在世界上，很重要的原因就是人类会使用火。火让人类开始吃熟食、方便地取暖、也可以用于在危机四伏的早期丛林中抵御袭击。可以说，人类能够成为地球上的顶级动物与火密不可分。火是人类把能量从木材中转化的一种方式。而能量转化如今也是人类生存所必须做的事情。能源提供能量，消耗能源也必然会对人类产生影响，比如：环境。一、能源：既然说能源消耗对环境的影响，就不能不知道何为能源。1.能源的定义：《科学技术百科全书》说：“能源是可从其获得热、光和动力之类能量的资源”；《大英百科全书》说：“能源是一个包括着所有燃料、流水、阳光和风的术语，人类用适当的转换手段便可让它为自己提供所需的能量”；我国的《能源百科全书》说：“能源是可以直接或经转换提供人类所需的光、热、动力等任何形式能量的载能体资源。”由此能源是一种呈多种形式的，且可以相互转换的能量的源泉。确切而简单地说，能源是自然界中能为人类提供某种形式能量的物质资源。2.能源的分类：能源主要分为两类——一次能源和二次能源。（1）一次能源，直接来自自然界的能源。如：煤、石油、天然气、水能、风能、核能、海洋能、生物能。（2）二次能源，如：沼气、汽油、柴油、焦炭、煤气、蒸汽、火电、水电、核电、太阳能发电、潮汐发电、波浪发电等。3.能源的开发状况：主要有常规能源比如：煤、石油、天然气、水能、生物能；新能源比如：核能、地热、海洋能、太阳能、早期、风能。根据人类的发展，我主要选出四个阶段的主要能源：干木材、煤、石油、天然气（气态石油气）探究它们的规律。对于这四种燃料，不同之处就是使用时的热值。根据公式mcQ容易得知能源效率与热值成正比。它们的热值分别是4-1=1.2510CJkg干木柴，对于煤4-1=2.9310CJkg煤，对于石油4-1=4.52210CJkg石油，对于气态液化石油气有4-1=5.02310CJkg气态液化石油气。我们不难发现，开发年代越短的能源热值越大。再看现在的核能，根据爱因斯坦质能方程2Emc，其中蕴含的能量更是无穷的。因此能源正向更安全、更高效的方向发展。（数据来自中国环境网）二、一点基础：蝴蝶效应蝴蝶效应（ButterflyEffect），是指在一个动力系统中，初始条件下微小的变化能引起整个系统长期而巨大的连锁反应。这是一种混沌现象。此效应说明，事物发展的结果，对初始条件具有极为敏感的依赖性，初始条件的极小偏差，将会引起结果的极大差异。一件表面上看来毫无关系、非常微小的事情，可能带来巨大的改变。美国气象学家爱德华·诺顿·罗伦兹（EdwardNortonLorenz）1963年在一篇提交纽约科学院的论文中分析了这个效应。“一个气象学家提及，如果这个理论被证明正确，一个海鸥扇动翅膀足以永远改变天气变化。”在以后的演讲和论文中他用了更加有诗意的蝴蝶。对于这个效应最常见的阐述是：“一个蝴蝶在巴西轻拍翅膀，可以导致一个月后德克萨斯州的一场龙卷风。”蝴蝶效应通常用于天气、股票市场等在一定时段难于预测的比较复杂的系统中。蝴蝶效应在社会学界用来说明：一个坏的微小的机制，如果不加以及时地引导、调节，会给社会带来非常大的危害，称为“龙卷风”或“风暴”；一个好的微小的机制，只要正确指引，经过一段时间的努力，将会产生轰动效应，或称为“革命”。对于能源消耗也是同样的道理，一点点的增加或者减少就会对环境产生意想不到的影响。三、“碳”的力量:1.来源：随着十八世纪工业革命的到来，人类突然为平衡的自然碳循环增加了新的因子——含碳的化石能源燃烧。20世纪初，人类有开始燃烧石油和天然气。这些化石燃料是在漫长的地质年代里，由植物固定的碳素变成的。再加上人口的激增及工业化的扩大，是这些燃烧所产生的二氧化碳超过植物和海洋所能吸收的量。据推算，每年约有50~60亿吨的碳由化石变成二氧化碳，排放到空气中。而且，这个数字还在增加。2.影响：“碳”本身并不可怕，但它主要以二氧化碳和一氧化碳及其他含碳化合物的方式进入空气。一氧化碳的危害自不必说，而且，它在碳的量中只是凤毛麟角。有些碳以微小颗粒的方式进入空气，形成雾霾，也就是人人谈之色变的“PM2.5”。“碳”对人类环境最主要的影响就是来自二氧化碳。从下图的统计数据中不难看出，大气中二氧化碳的含量在不断地增加，而且速度越来越快。这就造成了我们耳熟能详的厄尔尼诺现象和温室效应。3.温室效应及厄尔尼诺现象：（1）温室效应：在物理学中我们学过，所有的带热物体都能以不同的波长放出不同能量的辐射。炽热的太阳发出波长较短的高能辐射，凉爽的地球表面发出波长较长的低能辐射。地球的大气层起着温室玻璃的作用，允许波长较短的太阳辐射穿过，抵达地球表面，但是却能够捕获波长较长的地球的红外辐射热，使地球保持着一种温暖的状态，这种现象被形象地称为“温室效应”。大气之所以起到温室效应的作用，是因为大气本身合有大量的温室气体，比如水蒸气、二氧化碳、甲烷等温室气体。每种气体都有其特有的吸收谱线，是否是温室气体的关键是它能不能强烈的吸收地球发出的长波辐射，如果能那它就是温室气体。是不是温室气体越多越好呢?当然不是。当温室气体过多时，会使地球的平均温度升高，全球气候会因此变暖。全球变暖会有很多危害。比如：①地球上的病虫害增加②海平面上升③气候反常，海洋风暴增多④土地干旱，沙漠化面积增大。二氧化碳就是最主要的温室气体。（2）厄尔尼诺现象：要弄清这个现象，要先讲讲洋流。所谓洋流，是海水大规模运动的方式，按成因分为风海流、密度流、补偿流三种，按温度又分暖流（从暖处流向冷处，如日本暖流，巴西暖流）、寒流（由冷处流向暖处，如秘鲁寒流，千岛寒流，拉布拉多寒流）。暖流造成沿岸温度上升，降雨增加；寒流造成沿岸温度降低，降雨减少。说完了洋流，就好解释厄尔尼诺了。所谓“厄尔尼诺”，就是指因温室效应过强，海水升温膨胀，造成的一支异常的暖流。与普通的暖流一样，它有增温增湿作用，而且效果更明显。其对温度的影响会引起沿海地区极度炎热，对降水的影响会造成洪涝灾害。厄尔尼诺有温室效应引起，是温室效应危害的具体表现。（3）从这方面看，减少二氧化碳排放（即减少化石能源使用）刻不容缓且益处多多。再来看看前面所说的“蝴蝶效应”。既然一点小小的变化就能对结果产生一定的影响，那么从我们自身做起——少使用消耗化石能源的东西，就会对我们的环境产生巨大的积极的影响。四、核能——双刃利剑1.发展：1954年，苏联建成世界上第一座装机容量为5兆瓦(电)的核电站。英、美等国也相继建成各种类型的核电站。到1960年,有5个国家建成20座核电站，装机容量1279兆瓦（电）。由于核浓缩技术的发展，到1966年，核能发电的成本已低于火力发电的成本。核能发电真正迈入实用阶段。1978年全世界22个国家和地区正在运行的30兆瓦（电）以上的核电站反应堆已达200多座,总装机容量已达107776兆瓦（电）。80年代因化石能源短缺日益突出，核能发电的进展更快。到1991年，全世界近30个国家和地区建成的核电机组为423套，总容量为3.275亿千瓦，其发电量占全世界总发电量的约16％。2.原理：核电站是怎样发电的呢？简而言之，它是以核反应堆来代替火电站的锅炉，以核燃料在核反应堆中发生特殊形式的“燃烧”产生热量，来加热水使之变成蒸汽。蒸汽通过管路进入汽轮机，推动汽轮发电机发电。一般说来，核电站的汽轮发电机及电器设备与普通火电站大同小异，其奥妙主要在于核反应堆。核电站除了关键设备——核反应堆外，还有许多与之配合的重要设备。以压水堆核电站为例，它们是主泵，稳压器，蒸汽发生器，安全壳，汽轮发电机和危急冷却系统等。它们在核电站中有各自的特殊功能。核反应中质量数守恒、电荷数守恒。人工转变核反应方程：HOHeN1117842147nCHeBe1012642943.对环境影响：核电站在运行时不能出半点差池。乌克兰的切尔诺贝利核电站的核泄漏事故就是最好不过的前车之鉴我们对所有安全措施的严守都只能是为我们提供一种近似的而非彻底的安全。核电站自身潜在的高危特性是不能允许操作人员有丝毫失误的，因此也就预示着核电站隐含了不可避免的危险。核物质高强度的放射性对人体和环境的毁灭性不用赘论了。核能从经济的角度上讲也并非完全可行。人们不了解的是，建一座核电站相对容易，拆除它却要花费数倍乃至十数倍于建造的费用。拆除核电站要将整座核电站用特殊的工具切割成一块一块的小砖头，然后一块一块地用特殊仪器检测，未发现含有过量核辐射的才可以运走。若发现其含有超量核辐射的则要按核废料处理。提到核废料，极少有人知道它处理的难度，这也是造成公众对核电站抱无所谓态度的主要原因。核废料不同于废电池，统一收集密闭封存就可以高枕无忧了。核废料中不能被完全用尽的核物质仍具有极强的放射性，且具有残留时间长、毒性剧烈的特点。核废料即使贮存过百万年，其残留物质中的核辐射剂量仍能超过允许剂量的一千万倍以上，这是一般人难以想象和理解的。比起核电站的运转来，世界本身所具有的不稳定特性，必将给核废料的安全贮存带来难以预测、不可避免的破坏。基于此，许多原来率先建造核电站的国家正在考虑停建缓建核电站。国外一些专家也呼吁人类在对核能的使用上要慎之又慎。因为核技术不仅是用于军事上才会威胁到人类安全，核技术本身就是极度危险的。（图片所示为切尔诺贝利核灾难）五、总结：本文主要从当今最主要的两种能源——化石能源、核能源论述了能源消耗对环境的影响。我们十分惊讶地发现，消耗能源终究是有危害的。它也许就像是慢性病，挥之不去，又慢慢地吞噬着你的生命；它也许又像是急性发作，在瞬间击倒你，予以毁灭性的打击。当然，我们不可能再次回到农耕时代，我们所能做的只有尽可能节约能源，等待未来的科学解决能源消耗与环境间的矛盾。