环境材料导论

环境材料导论北京大学环境科学与工程学院张剑波北京大学环境科学与工程学院第2章环境材料与可持续发展2.1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。北京大学环境科学与工程学院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，几乎是和谐共存，作为自然的一部分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。中国的农业文明时代很长，有历史的辉煌，也有包袱（对自然的破坏，改朝换代，战争）北京大学环境科学与工程学院不同的社会文明时期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北京大学环境科学与工程学院人类的觉醒（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。北京大学环境科学与工程学院“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。北京大学环境科学与工程学院共同的行动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。北京大学环境科学与工程学院认识的飞越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。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。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。北京大学环境科学与工程学院人类发展战略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。北京大学环境科学与工程学院欧盟的行动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。北京大学环境科学与工程学院美国的行动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》。北京大学环境科学与工程学院日本的行动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。北京大学环境科学与工程学院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北京大学环境科学与工程学院2.2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。北京大学环境科学与工程学院广义的发展观：它不仅表现在经济的增长，国民生产总值的提高，人民生活水平的改善；它还表现在文学、艺术、科学的昌盛，道德水平的提高，社会秩序的和谐，国民素质的改进等。发展不应当狭义地被理解为经济增长。北京大学环境科学与工程学院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。北京大学环境科学与工程学院可持续性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。北京大学环境科学与工程学院2.2.1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。北京大学环境科学与工程学院2.2.2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。北京大学环境学院“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。2.2.3中国发展新模式1生存与发展1）发展的实质：更好的生存2）发展的合理性：天然合理3）社会的本质：形成秩序4）秩序的基本特性：变动性、多样性、稳定性、自维护性北京大学环境学院2社会的发展与人类文明1）人类文明人类生存方式及其核心价值观的抽象表述2）人类文明的三大阶段原始文明，农业文明，工业文明3）不同时代的生存观、发展观、财富观4）人类社会主导因素的演替北京大学环境学院3人类文明的演替与转折1）认识的视角环境社会系统与三种生产理论人口――物资――环境2）人类文明演替历史轨迹剖析3）人类文明演替已进入转折期人类文明演替的根源工业文明已走到了尽头――三大供求关系失衡三大危机集中爆发现实秩序正在迅速改变北京大学环境学院4人类如何走向新的文明时代1）更新核心价值观2）更新生存方式3）中国正在创建自己的新发展模式中国工业化历程及其启示大胆探索，走自己的路中国特色：走生态文明路，补工业文明课核心价值观方面的变化：生存方式方面的变化北京大学环境学院北京大学环境学院2.3日趋严重的全球环境问题2.3.1人口的急剧增长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,就有一个孩子出生北京大学环境科学与工程学院人口激增，分布不平衡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）北京大学环境学院必须的需求据预测：要养活新增人口（40亿），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北京大学环境学院2.3.2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的生命所必需的，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。北京大学环境学院大气层的结构北京大学环境学院平流层的特点：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。北京大学环境学院臭氧层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”。北京大学环境学院臭氧的分布北京大学环境学院臭氧空洞北京大学环境学院南极臭氧空洞的形成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。北京大学环境学院臭氧的分解反应平流层中的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+O2NO2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。北京大学环境学院臭氧的分解反应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+CF2ClO3+Cl→ClO+O2O+ClO→Cl+O2Cl和ClO形成催化循环。一个氯原子可以破坏10万个臭氧分子北京大学环境学院臭氧层破坏的后果（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。北京大学环境学院平流层臭氧与对流层臭氧的区别来源不同自然反应与光化学污染作用不同保护生态与污染物北京大学环境学院《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。北京大学环境学院共同但有区别的责任区分了不同的责任划定了不同的目标引入了资金机制北京大学环境学院ODS物质在我国的应用和涉及的行业其涉及人类生活的方方面面化工生产制冷泡沫烟草医药农业清洗消防北京大学环境学院我国的ODS淘汰需要解决的科学和技术问题：(1)臭氧层耗损和保护及其对社会、经济与环境和健康影响;(2)替代品与替代技术选择和发展战略(3)全球共享资源管理理论与机制(4)履行议定书的对策与策略，包括国际环境外交对策和与国内安全履约机制与措施北京大学环境学院北大的贡献我们解决的问题：(1)编写了《中国淘汰ODS国家方案》(2)研究起草了中国履约核心政策“可交易的ODS生产配额制度”和“进出口管理政策”(3)分析了我国保护臭氧层需要的增加费用(4)完成了我国9个行业淘汰计划的设计(5)调查分析了我国白内障发病率与紫外辐射的关系(6)分析了签署不同“修正案”对我国影响(7)提出了我国ODS替代品发展战略(8)为UNEP,EEAP,TEAP和MLF提供了技术和决策支持北京大学环境学院北大的贡献成果：设计完成的9个行业计划包含91,433ODP吨ODS生产和64,326ODP吨ODS消费淘汰（约占全球发展中国家总量的40％），获得多边基金资助3.6亿美元获奖：2004年9月获国家环保总局颁发的第二届国家保护臭氧层贡献奖特别