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1中南大学材料科学与工程学院周宏明第2讲环境材料与可持续发展22.1可持续发展(SustainableDevelopment)的概念•选择什么样的生存和发展模式以及如何实现它，一直是困扰着人类的重大命题。•人类破坏其赖以生存的自然环境的历史可能同人类文明史一样古老。3不同的社会文明时期•采猎文明时期，生产力水平很低，人类对环境的破坏较小。•农业文明，影响和改造局部地区的自然生态系统；地力下降、土地盐碱化、水土流失甚至河流淤塞、改道和决口，危急人类的生存，人类对自然的破坏作用尚未达到造成全球环境问题的程度。这时，人类的环境意识尚属原始，在宗教思想中表现为崇拜自然，畏惧自然，依赖自然。•工业文明，使一部分人自认为已经能够彻底摆脱自然的束缚；以培根和笛卡尔为代表提出的“驾驱自然，做自然的主人”的机械论思想；没有意识到人类同环境之间存在着协同发展的客观规律。4人类的觉醒（后工业文明时期）•单靠科学技术手段和用工业文明的思维定式去修补环境是不可能从根本上解决问题的，必须在各个层次上去调控人类的社会行为和改变支配人类社会行为的思想。•人类终于认识到，环境问题也是一个发展问题，是一个社会问题，是一个涉及到人类社会文明的问题。5“可持续发展”提出的背景现代可持续发展思想的提出源于人们对环境问题的逐步认识和热切关注。其产生背景是人类赖以生存和发展的环境和资源遭到越来越严重的破坏，人类已不同程度地尝到了环境破坏的苦果。6共同的行动•1980年3月5日，联合国向全世界发出呼吁：“必须研究自然的、社会的、生态的、经济的以及利用自然资源过程的基本关系，确保全球持续发展。”•1983年11月，联合国成立了世界环境与发展委员会。7认识的飞越•1992年6月联合国在巴西的里约热内卢召开了环境与发展世界首脑会议。o焦点由单纯重视环境保护问题转移到环境与发展的主题，体现了人类社会高速发展和社会进步的内在需求，反映了各国在认识上的质的飞跃。o各国已普遍认识到，环境的保护与治理只有与社会发展问题共同考虑，才能获得最终的解决。8•会议提出了“可持续发展”（sustainabledevelopment）这一人类共同的发展战略。通过了《里约环境与发展宣言》和《21世纪议程》明确了可持续发展是人类社会的惟一选择。•1993年2月1日，欧洲联盟通过了第五个环境规划，即环境与可持续发展新战略。以可持续发展为指导思想，以推进欧洲联盟经济发展模式的转换为最终目的。9•1993年6月29日，美国白宫环境政策办公室发出总统令，宣布成立“总统可持续发展理事会”，具体负责执行1992年联合国环境与发展大会制定的《21世纪议程》，起草国家可持续发展战略及行动计划框架。•1994年初日本政府也制定了《日本21世纪议程行动计划》。这个行动计划的目的是通过可持续发展途径，逐步实现全球环境保护的目标。10可持续发展的具体表现：•工业应当是高产低耗•能源应当被清洁利用•粮食需要保障长期供给•人口与资源应当保持相对平衡112.2可持续发展的内涵•可持续发展是指既能满足当代人的需要，又不对后代人满足其需求能力构成危害的发展，是人口、经济、社会、资源、环境和生态系统相互协调的发展。•可持续发展的核心是发展，是在保证资源和环境可以永续利用的前提下进行的经济和社会的发展。•可持续意义上的发展包括经济发展、社会发展和生态环境的发展。•可持续发展以自然资源为基础.同环境协调能力相适应。•可持续发展要求体现出环境资源的价值。•可持续发展以提高生活质量为日标.同社会进步相适应。•可持续发展的实施以政策和法律体系为条件，强调“综合决策”和公众参与”。把可持续发展概念仅仅理解为经济(GNP)的持续增长是不全而的。12可持续发展思想实质：可持续发展实质上是在多重因素的约束下，力求“发展”和“持续”两个相关变量和取最大值，达到这一最大值的途径就是可持续发展模式。13可持续发展战略的关键在于建立资源价值体系。该体系应被视为可持续发展的基木条件。资源的成本应能反映资源本身应有的价值及资源开发对环境的损害。资源的成本主要包括二部分:资源开发或获取的成本；环境成本，即与资源的开发、获取、使用、再生有关的环境净化、环境损去及资源再生成本；用户成本，即资源使用后不能再为后代人所利用，从而对后代人所造成的损失.资源价值体系的建立：14可持续发展必须解决的问题•消除贫困、改善环境、消除战争的可能性；限制大规模杀伤性武器，限制军备；保障人权、避免人的潜力的浪费。•赫尔曼.戴利（HermanDaly）1991年提出了可持续性由3部分组成：（1）使用可再生资源的速度不超过其再生速度；（2）使用不可再生资源的速度不超过其可再生替代物的开发速度；（3）污染物的排放速度不超过环境的自净容量。15重要意义可持续发展的概念从理论上结束了长期以来把发展经济同保护环境与资源相互对立起来的错误观点，并明确指出了它们应当是相互联系和互为因果的。它代表了当今科学对人与环境关系认识的新阶段，其包括三个基本要素：（1）少破坏、不破坏、乃至改善人类所赖以生存的环境和生产条件；（2）技术要不断革新，对于稀有资源、短缺资源能够经济有效地取得替代品；（3）对产品或服务的供求平衡能实现有效的调控。16可持续发展与中国•可持续发展是中国彻底摆脱贫穷、人口、资源和环境困境的唯一正确选择。•中国式可持续发展的基本构成是：控制人口、节省资源、保护环境和减轻波动这四项基本要求。17“中国的极限”中国目前的全部土地资源生产力是每年的生物生产量约为32亿吨干物质，包括3787亿公斤粮食，据中国社会科学院编写的《国情研究报告》，其合理的人口承载力是9.5亿人。我国土地资源潜在的自然生产力是每年的生物生产量约72.6亿吨干物质，其理论最大人口承载能力约为15～16亿人口。182.3日趋严重的全球环境问题2.3.1人口的急剧增长•工业革命→技术先进→生产力提高→丰富的物质→养活更多的人口。•据统计，世界人口正以日增25万人的速度飞速膨胀，而地球上的动植物却以日减160种的速度在不停地消失。在世界上，人口增长速度为3人/秒；在中国，每过1.8秒,就有一个孩子出生。19•1989年的世界人口为52.1亿,在1991年，为54亿；2000年增至62.5亿；预计到2050年人口将增加到100亿，其中发达国家人口将从8.3亿增至9亿，仅增加10%，发展中国家人口将从39.5亿增至86亿（大约1.2倍）。•据预测：要养活新增人口，需3亿公顷的农耕地（每年须增490万公顷），道路、住宅用地需1亿公顷。为此需减少4公顷的森林面积，从而导致CO2排放量以每年7-14亿吨的速度增加。202.3.2臭氧层的破坏•大气是指包围在地球表面并随地球旋转的空气层。它不仅是维护生物圈中生命所必需的，而且参与地球表面的各种过程，如水循环、化学和物理风化、陆地上和海洋中的光合作用及腐败作用等，各种波动、流动和海洋化学也都与大气活动有关。21大气层的结构22平流层的特点：•平流层温度升高的原因是由于平流层中的臭氧能够强烈吸收来自太阳的紫外线，同时被分解为氧原子和分子氧，当它们重新化合生成臭氧时，以热的形式释放出大量的能量，因此，吸收紫外线的能量大都又用于加热该层。•在大气的平流层中，集中了大气中约90%的臭氧，其中离地22－25km臭氧浓度值达到最高，称其为臭氧层。如果将地球上臭氧压缩至1个大气压，其厚度仅有3mm左右，就像是一件“厚度为3mm左右的宇宙服”。23臭氧的分布2425•南极大陆上空空气在冬季非常寒冷，形成很多冰粒物质，在这些物质表面的反应使氟里昂极易释放出氯原子，致使在春季大气中出现一大批活泼的氯原子，因此，南极大陆上空春季臭氧含量大量减少。•平流层中的O2吸收太阳辐射，发生化学键断裂，产生O3和O，若NO以某种方式进入同温层，便发生重要的链式化学反应：NO和O3反应，产生NO2NO+O3→NO2+O2NO2又和氧原子O反应，再生成NONO2+O→NO+O2•构成催化循环，其中NO和NO2是催化剂，每个循环的净效应是减少一个氧原子O和一个臭氧分子O3。26•氯氟烃，为化学惰性物质，对生物不存在毒性和其他有害影响。然而惰性意味着其无处可去，在大气中只有一直上升到平流层，才会发生紫外光解：CF2Cl2+hν→Cl+CF2ClO3+Cl→ClO+O2O+ClO→Cl+O2•Cl和ClO形成催化循环。一个氯原子可以破坏10万个臭氧分子。27（1）臭氧的减少使皮肤癌和角膜炎患者增加，也会损害人的免疫系统，使传染病的发病率猛增。（2）破坏地球上的生态系统。过量的紫外线影响植物的光合作用，使农作物减产。紫外线还可能导致某些生物物种的突变。（3）引起新的环境问题，过量的紫外线能使塑料等高分子材料更加容易老化和分解，结果又带来新的环境污染——光化学大气污染。臭氧减少的影响28《维也纳公约》•1985年在联合国环境规划署推动下，形成了保护臭氧层的《维也纳公约》•1987年在加拿大的蒙特利尔又签署了该公约的议定书，1991年在伦敦该议定书又作了修正•中国于1992年加入了《蒙特利尔议定书》伦敦修正案。292.3.3酸雨•酸性物质以及产生酸性物质的化合物，是在燃烧矿物燃料用来发电或是提供运输时生成的，主要是由硫氧化物和氮氧化物衍生而生成的酸。•pH值低于5.6。•酸性雨水的影响在欧洲和美国东北部最明显，还包括加拿大和中国。30对全球的危害•比利时的酸化程度超过正常值的16倍。•北美酸雨频降，pH3~4。•美国15个州的降水pH~5。•加拿大的酸雨损害面积120～150万平方公里。31对我国的影响•中国煤烟型污染导致酸雨的覆盖面积约占国土面积的30%，降水的年均pH值在4.13～7.79之间。•主要分布在长江以南、青藏高原以东地区及四川盆地。•长沙、赣州、重庆、柳州等地“十雨九酸”pH接近3。32酸雨带来什么？•危害生态系统•水生生物不能存活•土壤酸化•建筑等受损332.3.4温室效应与气候变化•有些痕量气体吸收太阳能并将其转变为热量，最终可能引起具有灾难性后果的气候变化•全球变暖的结果：两极冰雪融化造成洪水泛滥，良田伦为沙漠以及最终出现饥荒。•增加慢性病和传染病的发病率34什么是温室效应？•温室效应是一个自然过程，如果没有它，地球表面的平均温度将不是现在的15℃，而是-18℃。现在的问题是大气中的温室气体增加了，温室效应加强了，因而导致全球气候变暖。•二氧化碳的作用占到55％，浓度从100年前的260～280ppm增加到340ppm35《京都议定书》•2005年2月16日，《京都议定书》生效。•１９９７年１２月，１４９个国家和地区的代表在日本东京召开《联合国气候变化框架公约》缔约方第三次会议，经过紧张而艰难的谈判，会议通过了旨在限制发达国家温室气体排放量以抑制全球变暖的《京都议定书》•《京都议定书》需要在占全球温室气体排放量５５％的至少５５个国家批准之后才具有国际法效力。36•2002年9月3日国务院总理朱镕基在约翰内斯堡可持续发展世界首脑会议上讲话时宣布，中国已核准《〈联合国气候变化框架公约〉京都议定书》。•中国政府认为，《联合国气候变化框架公约》及其《京都议定书》为国际合作应对气候变化确立了基本原则，提供了有效框架和规则，应当得到普遍遵守。欧盟各成员国及日本已批准了议定书。中国希望其他发达国家尽快批准或核准议定书。37•《京都议定书》规定，到2010年，所有发达国家排放的二氧化碳等６种温室气体的数量，要比1990年减少５.２％，发展中国家没有减排义务。对各发达国家说来，从2008年到2012年必须完成的削减目标是：与1990年相比，欧盟削减８％、美国削减７％、日本削减６％、加拿大削减６％、东欧各国削减５％～８％。新西兰、俄罗斯和乌克兰则不必削减，可将排放量稳定在1990年水平上。议定书同时允许爱尔兰、澳大利亚和挪威的排放量分别比1990年增加１０％、８％、１％。38•2002年３月，欧盟环境部长会议批准了《京都议定书》。６月，日本政府也批准了《京都议定书》。至此，批准议定书的国家已超过５５个，但批准国家的温室气体排放量仅为全球