第二章环境问题与环境污染

第二章环境问题与环境污染第一节人类面临的环境问题环境问题是指由于自然或人类活动使环境质量发生变化，从而带来不利于人类生产、生活和健康的结果，其重要特点就是从局部地区的环境污染向全球性环境问题发展。当前人类面临的环境问题很多，很难区分哪些是最重要的。本章把主要的环境问题划分为全球（大气）环境问题，生态环境问题及社会环境问题三部分分别进行介绍。一、社会环境问题20世纪以来，全世界发生了三种影响深远的变化：①社会生产力的极大提高和经济规模的空前扩大，创造了前所未有的巨大财富；②全球人口爆炸性增长，一个世纪人口翻了两番；③随之出现了生产和生活资料短缺、环境污染、以及生态系统破坏等一系列环境问题。这些变化加剧了人类与自然界之间的矛盾，对人类自身的生存和社会经济持续发展构成新的障碍。其中，人口剧增是矛盾的最主要方面。1.人口剧增人口急剧增加是当今世界面临的首要环境问题。据统计，世界人口在1830年为10亿，1930年为20亿，1960年为30亿，1975年为40亿，1987年7月11日为50亿，1999年10月12日，世界人口已达到60亿。从人类200多万年历程中人口达到10亿，到目前超过60多亿的短短170年时间，每增加10亿人口的时间分别为100年、30年、15年和两个12年。目前世界人口仍以每年8000万的速度增长，其中发展中国家速度更快，是发达国家的2倍以上。中国是世界上第一人口大国。20世纪初，我国的人口不足4亿，到50年代初为4.5亿，现在人口已经超过13亿。我国在50年代初鼓励生育，到1974年人口增长到9亿，平均每5.3年增加1亿。在实施计划生育的国策后，人口的增长速度明显减缓，平均每7年增加1亿，同期我国的经济发展高速增长。可见，控制人口增长是经济持续发展的有效途径之一。人口急剧增加导致人口与环境之间的严重失调，加剧了人类与自然界之间的矛盾。首先是人口增加导致人类对自然资源的需求急剧增大，加剧了资源供需矛盾。自然资源是人类生存发展不可缺少的物质依托和条件，但是地球上的许多自然资源是有限的、不可再生的或需要很长的更替时间，其承载能力受到一定的制约。随着全球人口的增长和经济的发展，全球资源匮乏的危机与日俱增，如土地不断减少和退化、粮食短缺、森林减少、淡水严重不足、生物多样性减少、以及某些矿产、能源濒临枯竭等。以土地与粮食为例，由于世界粮食增长赶不上人口增长的速度，目前世界上有4亿多人的饮食严重不足，在发展中国家，每年有1500万至2000万人直接死于营养不良，其中有3／4是儿童。地球表面的陆地仅占1／4，但有一半的土地暂时还不能供人类利用，包括终年积雪、冻土、沙漠、陡坡山地等，而依赖有限的土地资源生活的人却越来越多，1975年世界人均耕地0.31hm2，目前下降到0.15hm2，减少了一半。20世纪70年代初平均1hm2地养活2.6人，目前需要养活4个人。随着人口的增长和经济发展占地的不断增加，还将使耕地面积不断缩小。其次，人口增加导致人类活动以及对资源的利用的增加，尤其是化石能源的利用急剧增加，加重了环境污染和生态破坏。随着人口的增加，人类的活动范围和生产规模不断扩大，使得生产和消费活动中不可避免的有害废弃物的排放量急剧增加，从而加重了环境污染，直至破坏整个生态系统的平衡。环境污染主要包括大气污染，如全球气候变暖、酸雨沉降、臭氧层破坏，水体和土壤的污染，固体废物的污染，以及噪声、辐射、光污染等。生态环境破坏主要有生物多样性减少，森林和草原植被破坏，土地退化、水土流失和荒漠化，海洋生态问题等。2.城市化城市化由人类利用和改造环境而创造出来的高度人工化的生存环境，是人类发展、变革的重要过程和一个国家经济和文化发展的结果。古代城市环境的主要问题是由于过度的开发和掠夺性经营土地，使得整个区域生态环境的恶化，许多城市因此被遗弃，最终消亡，如古代三大文明之一的巴比伦古城，我国古代西北地区一些城市等。尤其自18世纪工业革命后，开创了以煤和石油为主要能源的时期，出现了严重的公害问题，直接影响并威胁到城市人们的生活质量和生命安全。城市化引起的环境问题有大气、水体、垃圾和噪声污染严重，绿地缺乏，城市热辐射和光辐射，能源和资源不足，生物种类极为贫乏，生态环境质量下降等，主要反映在生物环境、水环境、以及大气环境三个方面：（1）城市化对生物环境的影响。城市化严重地破坏了生物环境，使生产者有机体与消费者有机体的结构比例失调，失去了自然生物环境的调节功能。许多城市除了遍地的水泥建筑、沥青路面、以及拥挤不堪的人群，其他的生命体，如野生动物种群、飞禽走兽、以及大面积的植被几乎完全消失。它使生态系统遭到破坏，影响了碳、氧、氮等物质正常循环。（2）城市化对水环境的影响。城市化影响地表水径流流量，使得地下水源枯竭，导致水质恶化，破坏自然界的正常水循环。城市化增加了房屋和道路等不透水面积和排水工程，一方面减少雨水的渗透，地下水得不到地表水足够的补充；同时城市化将增加耗水量，往往导致水源枯竭、地下水面下降和地面下沉。另一方面，增加了地表水的总径流流量，特别是暴雨季节排水工程，会增加地表径流的峰值流量，使得河流洪峰流量增加。另外，随着城市化的进程，城市废水对河流、湖泊等水体的污染日益加重。生活污水中的病原菌污染水源，导致传染病流行（如1848～1854年，伦敦先后两次霍乱大流行）；工业废水比重不断增加，排出的污染物质和毒物也随之增多，最终使得水质恶化，水生生物灭绝，生态平衡被破坏。（3）城市化对大气环境的影响。城市化改变了大气的热量分布，影响自然地面的组成和性质，并向大气排放大量的颗粒污染物和有害气体。城市人口稠密、工业集中、交通繁忙，这种格局消耗大量能源，释放出大量热能。此外，燃料燃烧排放温室气体CO2，加上城市建筑材料的热容量大，白天吸收的热量夜间难以完全释放，使得城市成为一个大热源。其次，城市化大量排放各种气体和颗粒污染物，如烟尘、硫氧化物、氮氧化物、碳氧化物、碳氢化合物等，这些有害气体改变了城市大气环境的组成，造成对大气的严重污染。盲目的城市化过程还会造成振动、噪声、微波污染，交通紊乱、住房拥挤、供应紧张等一系列威胁人民健康和生命安全的环境问题。依照自然规律和随着社会的不断进步，人口增长和城市化是不可避免的必然趋势，但人口剧增和城市过大的弊端又是明显的。因此，必须采取措施，有效地控制人口增长和防止城市化自流发展，使人口增长和城市的规模与环境功能相适应。二、全球性环境问题1.全球气候变暖全球气候变暖一般包括气温升高、海平面上升和降水增加三个方面的内容。对过去100多年中全球气温的研究表明，全球平均地面温度上升了0．3～0．6℃，1981～1990年全球平均气温比1861～1880年上升了0．48℃，20世纪50年代以后全球平均气候约比19世纪下半叶升高了0．612℃。100年来，地球上两极冰川融化后退，海平面上升了14～25cm。全球陆地降雨量增加了1%。有专家预测，考虑到海水热膨胀、冰雪融化、降水增加等综合因素，全球气温在本世纪可能升高1．5～4℃，海平面可能上升20～165cm。从近6亿年全球周期性气候冷暖变化的地质发展规律来看，目前地球正处于冰期向间冰期的过渡时期，全球性气候变暖是必然的，人类活动所造成的“温室效应”(greenhouseeffect)加快了全球变暖的趋势。所谓“温室效应”是地球上早已存在的自然现象，由瑞典诺贝尔化学奖获得者S．阿伦纽斯在1896年提出的概念。大气中的某些组分，如三原子气体能让太阳短波辐射通过，但却可以强烈地吸收长波辐射，就像温室中玻璃保温一样，使地表大气温度提高。据科学家估算，如果不存在温室效应，地球表面的温度将不是现在的15℃，而是－18℃。自然界的任何物体都有热辐射，温度越高，辐射能量越大，辐射波长就越短。太阳表面平均温度约为6000K，以300～800nm的紫外光、可见光等短波辐射透过大气被地球表面吸收；而地球表面平均温度约为288K，以16000nm的红外长波辐射形式将到达地表的太阳能向外空间反射，从而维持地球的热平衡。由气体分子结构和分子光谱的原理可知，大气中的CO2和其它微量气体如CH4、CFCs(氯氟烃)、H2O、N2O、O3等可以使太阳的短波辐射几乎无衰减地通过，但却可以吸收地面反射的长波辐射，阻止地面向外空间散失能量，使大气温度升高。因此，这些气体有类似温室的作用，故称上述气体为“温室气体”(greenhousegas)，由此产生的效应称为温室效应。目前由于人类活动增加了大气中的温室气体，温室效应加强了，因而导致全球气候变暖。大气中能产生温室效应的气体已经发现近30种。从对增加温室效应的贡献来看，最重要的气体是CO2，大约起66%的作用，其次，CH4和CFCs分别起到16%和12%的作用。CO2是一种比较稳定的化学物质，它在大气中的保留时间可达l0年以上，而且较少参与大气中的各种化学反应。大气中CO2浓度增加的人为原因主要是化石燃料的燃烧和森林植被的毁坏两个原因。据估算，化石燃料燃烧所排放的C02占排放总量的70%。1850年工业革命后，人类活动使大气中CO2体积分数由0.028%增加到1991年的0.0383%，100多年来增长了20～30%。到本世纪中叶，化石燃料仍然是人类的主要能源，而且需求还将增加，大气中的CO2体积分数将达到0.056%以上。大气CO2增加的另一个原因是陆地植物系统的破坏。据科学家估算，全球绿色植物每年能吸收285109tCO2，其中森林就可吸收其中的42%。热带雨林的破坏，使大气层每年增加17109tCO2，这个数字相当于世界燃烧放出的CO2的总量，所以森林在地球上以极快的速度消失是导致全球性气温升高的又一个重要原因。CH4在大气中的含量极少，但对温室效应的贡献是同样数量C02的21倍。由于随着人口和人类活动的增加，家畜饲养、生物体分解、煤矿和天然气的开采、以及工业生产等活动的CH4排放也增加，使得大气中甲烷已经从工业革命开始前的0．710-6增长到1992年的1．710-6，增加了将近150%，而且正以每年1%～2%的速度增加。目前全球甲烷每年排放约5．5亿t，其中2/3左右来自人工源。氯氟烃(CFCs)的商业名称为氟利昂，它的温室效应作用不仅是同样数量C02数千倍，危害极大，而且破坏臭氧层的作用更加令人关注。全球变暖可能造成的影响有：①人类的传染病、心血管和呼吸道疾病发病率增高，危害增大；②生物物种的迁徙可能跟不上气候变化的速率，影响动植物的分布；③加剧全球干旱、洪涝等气象灾难事件的频率和程度；④海平面上升会对经济相对发达的沿海地区产生重大影响；⑤全球范围农作物的产量和品种的地理分布将发生变化。2.臭氧层损耗臭氧（O3）在大气中的含量非常微少，仅占一亿分之一。臭氧层存在于距地面高度20～30km范围平流层中，其中臭氧的含量占这一高度上的空气总量的十万分之一。臭氧含量虽然极微，却具有非常强烈的吸收紫外线的功能，它能吸收波长为200～300nm的紫外线。正由于臭氧层能够吸收99%以上来自太阳的，对生物具有极强的杀伤力的紫外辐射，从而保护了地球上各种生命的存在、繁衍和发展，维持着地球上的生态平衡。科学家观察证实，近40年来，大气中臭氧层的破坏和损耗越来越严重。自1975年以来，南极上空每年早春(南极10月份)总臭氧浓度的减少超过30%。1985年，南极上空臭氧层中心地带的臭氧浓度极为稀薄，近95%被破坏，出现所谓的臭氧层“空洞”。到1994年，南极上空的臭氧层破坏面积已经达2400万km2。臭氧空洞发生的持续期间和面积不断延长和扩大，1998年的持续期间为100天，比1995年增加23天，而且臭氧洞的面积比1997年增大约15%，几乎可以相当于3个澳大利亚。南极上空的臭氧层是在20亿年里形成的，可是在一个世纪里就被破坏了60%。北半球上空的臭氧层比以往任何时候都薄。欧洲和北美上空的臭氧层平均减少了10%～15%，西伯利亚上空甚至减少了35%。20世纪80年代，中国昆明上空臭氧平均含量减少1．5%，北京减少5%。臭氧层损耗原因目前还在探索之中，仍然存在着不