（科学技术哲学专业论文）人类活动对资源与环境关系的影响.pdf

摘要 人类活动对资源与环境关系的影响 中文摘要 人类对资源的开发是人类活动的一部分，由此支撑也维系着人类其它的活动。一定的 资源对应着相应的环境，资源开发利用导致环境的变化；反过来，环境的变化又将对资源产 生影响。因此，弄清资源与环境的关系在人类活动的影响下如何互动和转化，对于解决环境 问题显得至关重要。 论文从人类对资源开发利用的历史的回顾和趋势的展望入手，勾勒出资源开发链和能源 利用链的互动关系，指出物质资源的开发和能源的利用存在相互依存、制约的关系，一定的 能源利用状况对应着一定的物质资源的利用状况，从而引出了对资源影响环境的途径和机制 的分析。资源的开发规模、强度、时空的变化、流动、聚散、生产、消费等是影响环境的基 本途径，使得环境退化、单一，失去平衡；环境在受到影响后，会对其中的资源或潜在的资 源造成影响，改变资源分布格局，使其开发成本、代价增加。 论文指出，在人类活动的影响下，环境和资源是相互依存和转化的。环境因人类对其感 知的深入、本身质量的下降、人们需求层次的提高等转化为资源，以致环境在整体上都成为 了资源。 论文强调资源与环境矛盾的根源在于资源本身是有限的、可分割的、私有的，而环境则 是不可分割的、公共的。要解决二者的矛盾就必须建立一个和谐的人类社会，开发知识，这 才是无限的资源。 关键词：人类活动资源环境互动 a b s 打a e t a b s t r a c t t h ed e v e l o p m e n to fr e s o u r c e si sp a r to fa c t i v i t i e so fh u m a nb e i n g i ta l s om a i n t a i na n ds u p p o r to t h e r a c t i v i t i e so fh u m a nb e i n g s t h e r ei sb a l a n e eb e t w e e nt h er e s o u r g e sa n de n v i r o n m e n t , s ot h ed e v e l o p m e n t a n du t i l i z a t i o no fr e s o u r c e sl e a dt ot h ec h a n g e so fe n v i r o n m e n t t h ec h a n g e so fe n v i r o n m e n t a d v e r s e l y , w i l lh a v ei n f l u e n c eo nt h er e s o u r c e s a sar e s u l t , i ti se r u c i a it ou n d e r s t a n dh o wt oi n t e r a e ta n dt r a n s f o r i b u n d e rt h ei n f l u e n c eo f t h ea c t i v i t i e so f h u m a nb e i n gb e t w e e nr e l a t i o n s h i po f r e s o u r c e sa n de n v i r o n m e n t t h et h e s i s ，s t a r t i n gw i t ht h er e v i e wo fh i s t o r yi nd e v e l o p m e n ta n du t i l i z a t i o no fr e s o u r c ea n do u t l o o k o f t r e n di nt h a ta r e a ，r e v e a l st h er e l a t i o n s h i po f i n t e r a c t i o nb e t w e e nt h ec h a i n so f t h er e s o u r c ed e v e l o p m e n t a n dt h ec h a i n so fu t i l i z a t i o no fe n e r g ya n dt h i sk i n do fr e l a t i o n s h i pi si n t e r d e p e n d e n ta n di n t e r - r e s t r a i n t aa m o u n to fu t i l i z a t i o no fe n e r g yc o r r e s p o n d st ol e v e lo fu t i l i z a t i o no fm a t e r i a lr e s o u r c e s o nt h eb a s i so f i n f o r m a t i o nlm e n t i o n e da b o v e ，ia n a l y z et h ew a ya n dm e c h a n i s mo fh o wr e s o u r c e si n f l u e n c e e n v i r o n m e n t t h i st h e s i sp o i n to u tt h a tu n d e rt h ei n f l u e n c eo fa c t i v i t i e so fh u m a n b e i n gt h ee n v i r o n m e n ta n d r e s o u r c e si si o t e r d e p e n d e n ta n dt r a n s f o r m a t i v e t h ee n v i r o n m e n t ，a saw h o l e ，b e c o m e sr e s o u r c e sf o r i n c r e a s i n gk n o w l e d g eo fe n v i r o n m e n t ，e n v i r o n m e n t a ld e g r a d a t i o n ，t h er i s i n gl e v e lo f d e m a n de t e t r a n s f o r mr e s o u r c e s t h eb a s i cm e t h o d sw h i c hi n f l u e n c et h ee n v i r o n m e n ts u c ha st h es i z eo fr e s o u r c ed e v e l o p m e n t , i n t e n s i o no fr e s o u r c ed e v e l o p m e n t ，t h ec h a n g e so ft i m ea n ds p a c e , m o v e m e n t , p r o d u c t i o na n dc o n s u m p t i o n e t c m a k et h ee n v i r o n m e n td e g r a d e b es i m p l i s t i ca n dl o s eb a l a n c e t h ee n v i r o n m e n tu n d e ri n f l u e n e eo f h u m a n ea c t i v i t i e sw i l le f f e c tt h es t r u c t u r eo fr e s o u r c e sd i s t r i b u t i o na n di n c r e a s et h ec o s to fr e s o u r c e s d e v e l o p m e n t t h i st h e s i sa l s oe m p h a s i z et h a tt h er o o to fi n c o n s i s t e n c yb e t w e e nt h er e s o u r c e sa n de n v i r o n m e n ti s t h a tt h er e s o u r e ei t s e l fi sl i m i t e d d i v i d a b l ea n dp r i v a t e l yo w n e dw h i l et h ee n v i r o n m e n ti si n d i v i s i b l ea n d p u b l i c t os o l v et h ei n c o n s i s t e n c yb e t w e e nt h et w ow em u s te s t a b f i s hah a r m o n ys o c i e t ya n dd e v e l o p et h e r e s o o r c e so fk n o w l e d g e o n l yi nt h i sw a yc a nw ee n j o yu n l i m i t e dr e s o u r c e s k e yw o r d s ：h u m a na c t i v i t i e s r e s o u r c e se n v i r o n m e n ti n t e r a c t i o n i i 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：超l t期：之生丛 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印 件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质 论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括 刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：7 名灶导师签名： 期： 一 中) 前言 前言 本文主要从历史与逻辑的角度研究人类活动对资源与环境关系的影响。 一、研究现状 1 、对资源的研究现状 目前，资源科学对资源的研究主要集中在。：阐明资源系统的形成、演化与时空规律性； 探索资源系统各要素的相互作用机制与平衡机理；揭示资源特征与人类社会发展的关系，研 究不同时期资源的保证程度与潜力；探索人类活动对资源系统的影响，研究区域资源开发与 经济持续发展之间的关系；探讨新技术、新方法在资源科学与资源开发利用中的实践与应用 等。 从科技哲学的角度对资源的研究主要集中在对自然界的认识，包括人工自然的观点等。 认为，从目前看，人类观测所及的从而能够感知其信息的那部分自然界，包括从总星系到基 本粒子这个范围。对自然的认识随着人类的信息手段逐步完善而拓展，其拓展过程由自然科 学史所表征；人工自然可以看成是人类与自然所构成的调控系统，随着人类控制手段的逐步 进化而拓展，它的拓展过程由技术史所表征。 学者们普遍认识到自然界各种物质价值的多样性、有限性、有些是不可再生的。呼吁人 类对自然资源的开发利用要与可持续发展结合起来。为此，联合国在1 9 9 2 年的世界环发大 会上要求人类实行可持续发展战略，要珍惜自然资源、综合利用自然资源，减少浪费资源。 余源培认为：。对资源的开发应从开发自然资源为主转到开发人的资源为主。自然资源是 有限的，它的合理开发有赖于人的素质的提高；人的资源是无限的，是一种比自然资源更为 可贵的资源。如果只是从自然资源看，会得出增长有限的悲观结论；如果转向人类自身资源 开发的无穷性，对人类的未来就能充满信心。这一观点极具启迪性。 栾玉广认为 ，科技哲学界通常从人类实践活动所涉猎的自然界的范围和作用的程度来把 自然界划分为天然自然或第一自然、第二自然( 指人类根据现有的认识能力和技术手段能够 推知其可能性的自然层次，像黑洞、恒星等) 、人工自然或第三自然。 关于自然资源，马克思也深刻地指出：“撇开社会生产的不同发展程度不说，劳动生产率 是同自然条件相联系的。这些自然条件都可以归结为人本身的自然( 如人种等等) 和人的周 围的自然。外界自然条件在经济上可以分为两大类：生活资料的自然资源，例如土壤的肥力、 鱼产丰富的水等等；劳动资料的自然资源，如奔腾的瀑布、可以航行的河流、森林、金属、 煤炭等等。在文化初期，第一类自然资源具有决定性的意义；在较高的发展阶段，第二类自 然资源具有决定意义。”。 余谋昌等认为 ：生态哲学对资源的研究主要从物质循环、能量流动和信息传递的角度， 把生态系统联系成为一个有机的统一整体，推动生态系统的演替和发展；能量、物质和信息 在生态系统中的生物和无机环境，生物和生物之间进行永无休止的传递、转化和再生，在这 个循环过程中，体现了生态系统的基本功能。 罗尔斯顿也认为，人们应当认识到，人类与原野的关系不只是资源的关系，不应当犯人 与自然的关系限定在资源关系中的错误。要按照人与自然的根源关系，自觉地把自己的地位 w 封志明资源科学导论【m 】北京：科学出版社，2 0 0 4 ；刘成武等资源科学概论【m 1 北京：科学出版社，2 0 0 4 ；蔡运龙自然资源 学原理【m 1 北京：科学出版社2 0 0 0 q 余源培论哲学意义上的可持续发展田学术界，1 9 9 7 0 ) o 栾玉广系统自然观 北京：科学出版社，2 0 0 3 o 资本论：第一卷 m 北京：人民 j 版社1 9 7 5 5 0 o 余谋昌生态哲学 1 i 西安：陕西人民出版社，2 0 0 0 ；余谋昌，钱俊生生态哲学 岫北京：中共中央党校出版社，2 0 0 4 东南大学硕士学位论文 限制在与自然的关系中。 2 、对环境的研究现状 环境科学是2 0 世纪2 0 一3 0 年才发展起来的新学科。陈静生认为：。环境科学虽以“人 类环境系统”为研究对象，但它并不研究这一系统的全面性质，而侧重于研究环境危害 人类以及由于人类作用于环境引起环境对人类反作用而危害人们生产活动的那部分内容。 对环境的研究目前主要集中在人类同环境的关系上，在宏观上揭示社会经济发展和环境 保护协调发展的基本规律，在微观上研究环境中的物质、尤其是人类排放的污染物在环境中 和生物问迁移、转化的过程等。主要集中在以下方面： 一是从纯自然科学的角度探索环境演化的规律；二是揭示人类活动与环境之间的关系； 三是探索环境变化对人类生存的影响；四是研究区域环境污染综合防治的措施。 简言之，环境科学侧重于研究人类与环境相互作用所产生的负效应，其基本点是环境质 量。由此而展开关于人类活动怎样影响环境质量以及环境质量变化怎样影响人类可持续发展 的研究。 对环境史的研究可归结为四个方面： 一是探讨自然生态系统的历史；二是探讨社会经 济领域和环境之间的相互作用，研究与历史的生产方式相关联的环境变迁；三是研究一个社 会和国家的环境政治和政策；四是研究关于人类的环境意识，即人类概述周围的世界及其自 然资源的思想史。 应当说，目前对资源、对环境的研究是卓有成效的。这些研究成果为人类深刻认识和正 确把握资源、环境各自的问题奠定了扎实的基础。 然而，上述研究一个明显的缺憾是缺乏对环境、资源关系的系统的研究，忽视了资源和 环境之间的依存和转化，尤其是互动的关系。一方面，从自然科学的角度对二者做分别的研 究，这虽然非常重要，但缺乏哲学透视。无法准确把握二者的辨证关系；另一方面，现有的 环境、生态哲学的研究往往探讨它们和社会、经济、文化等的关系，只是简单地强调环境与 资源存在密不可分的关系，缺少对资源和环境关系的深入理解。于是，在实践上难以避免头 痛医头、脚痛医脚的尴尬。 也就是说，对资源和环境一定要从哲学的层面进行深入的把握。“下沉”到二者关系的内 部寻找解决问题的地基；“返回”到问题的原点进行重新思考。 因此，厘清资源与环境之间的关系就显得格外重要。 就目前所掌握的文献来看，还没有直接论述资源和环境关系的资料。很多资料从题名上 看似很相关，然而，阅读后却发现并没有涉及这个问题。在相关的网络中搜索也没有直接相 关的资料。因而，本文的立意是新颖的。 二、本文的理论和实际意义 从理论上来看，人类对资源的开发、利用的过程和结果不是孤立的，总是要对相应的环 境产生影响，因为每一项资源都是环境不可分割的组成部分，都负有环境的整体性。如果不 对二者的关系在人类活动的影响下的互动作哲学的分析，就将很难跳出已有研究的窠臼，而 停留在就事论事的层次；如果摆正了二者之间原有的关系，并从互动和转化的角度来对待资 源和环境的研究。那么，将能找准资源和环境之间矛盾的根源：即资源是对于有限的、特定 的人，具有明确的目的和用途的，某种、某类或若干特定的和确定的物质；有限的、特定的 人可以对该项资源拥有某种意义的产权或主权。而环境是开放的，并处于流动和变化之中， 不针对有限的、特定的人，不具有明确的目的和用途，是人的周围的物质及其关系的总和； 没有人可以对环境拥有产权或主权。 。陈静生环境地学 m 】j e 京：中国环境出版社，1 9 8 6 。陈静生，蔡运尼等人类环境系统及其可持续性【h 司北京：商务印书馆，2 0 0 1 。梅雪芹环境史学与环境问题 h q 北京：人民出版社，2 0 0 4 前言 从实际情况来看，人类对资源的开发利用已使其流动到或分散地嵌入于相应层次的环境 中；这样，就必然影响着相应的环境。而环境在变化之后又对处于其中的资源或潜在的资源 造成危害，使其不能开发或开发成本加大。 由此可见，人类活动对资源和环境关系影响的研究能提示人们要以系统、整体的观点和 方式把握、对待资源的开发和环境的保护的辨证关系。 因此，人类在实践中应该将资源理解为环境，人类社会应当以一个“整体”的身份对资 源加以开发、利用。 三、概念的厘定 1 、对资源、环境的一般认识 一般来说，环境的内容和含义十分广泛，它是针对某一特定主体或中心而言的，是一个 相对的概念，离开这个主体或中心也就无所谓环境。 在环境科学中，环境泛指某一主体周围的地域、空间、介质，是围绕着人类以外的空间 以及位于该空间内部的直接或间接地决定或影响人类生存与发展的各种自然因素的整体。在 环境保护法范围内，环境一词则又有着特定的内涵与外延。从内涵上讲，环境必须是对人类 直接或间接地起着某种影响和作用的因素，而这种因素必须能在当时或最近的将来影响人 类。从外延上讲，环境包括大气、水、动植物等。 较早给自然资源下较完备定义的地理学家金梅曼( z i m e r m a r m1 9 5 1 ) 在世界资源与 产业一书中指出，无论是整个环境还是其某些部分，只要它们能( 或被认为能) 满足人类 的需要，就是自然资源。这是个主观的、相对的，从功能上看的概念。 大多数人认为，资源的概念源于经济学，把其作为生产实践的物质基础，因而具有实体 性。如辞海将资源定义为“资财的来源”；联合国环境规划署对自然资源作了如下定义： “在一定空间、地点的条件下，能产生经济价值，以提高人类当前和将来福利的自然环境因 素和条件”；英国大百科全书中把自然资源解释为人类可以利用的自然生成物及生成这些 成分的环境功能。 以上定义有一个共同点，即把自然资源看作天然生成物，而把人类活动的结果排斥在外。 实际上，现在自然资源中已经融入了不同程度的人类劳动因素。 2 、本研究中的资源、环境概念界定 本文认为环境指人类周围包括人类活动的排放物在内的所有客观存在物；资源则是从人 类需要和可能的角度来认识和理解的，是具有社会有效性和相对稀缺性的物质和能量的总 和。 四、论文基本框架 论文共分四章： 在第一章中，首先简要回顾人类对资源的利用历程并展望可能的趋势。然后分析资源和 能源的开发这“两条链”在历史上的互动关系。第一章为以下的论述打下了分析的基础。 第二章分析资源开发影响环境的途径和机制。主要从资源开发涉及的时空变化、流动、 聚散等途径做出论述。 第三章反过来讨论环境的变化及其对处于其中的资源和潜在的资源的影响。 最后，第四章将二、三两章综合起来，讨论资源组成的环境及环境中的资源。分三节： 第一节论述环境如何转化为资源；接着在第二节，揭示资源和环境矛盾的根源；第三节探索 解决二者矛盾的途径。 东南大学硕士学位论文 第一章人类对资源利用的历史回顾和趋势 人们一般把物质资源和能源放在一起看待。但物质性资源与能源是有区别的。前者一般 在使用的过程中可循环利用；而能源则是用完即消耗掉的。因而，它们对环境的影响是不同 的。所以，本研究将资源分为物质性资源和能源这两个部分。 物质性资源就是资源的物质存在形态像矿石、木材等，它们具有数量上的限制；能源在 大英百科全书中的定义是：“能源是一个包括着所有燃料、流水、阳光、风能的术语， 人类用适当的转换手段，给人类自己提供所需要的能量”。也就是说，凡是能够提供某种形 式能量的物质或物质的运动，都可以认为是能源。 人类社会的发展史，其实就是一部资源开发利用史从新石器时代，到青铜器时代、 铁器时代、煤炭时代、石油时代，以及未来可能的稀土时代。 每一个社会发展时期都以独特的自然资源利用类别为特征，从而决定着人类社会的物质 构架。如图：o 时期起始年代新的工具和技术新增的资源种类 旧石器时代 约1 0 0 万年前租制石器；刀耕火种石( 燧石) 、树枝、兽， 鱼、果 新石器时代约1 万年前精制石器；刀耕火种栽培植物、驯化动物 公元前3 千年铜制斧和犁；冶炼技术；轮矿石( 铜、锡) 、土地 青铜器时代 轴机械、灌溉技术、木质结( 耕地) 、林木( 盖房 构建筑的材料、冶炼的) 燃料、 ( 水流灌溉水) 铁器时代公元前5 世纪铁斧、铁犁、水磨；齿轮传铁、铅、金，银、汞， 动机械，石质结构建筑( 石料建材) 、水力 中世纪公元5 世纪风车、航海风能、海洋水产 文艺复兴时期公元1 4 世纪爆炸采矿硝石( 肥料) 产业革命时期 1 7 5 0 拒 蒸汽机煤( 大量开采) 1 8 5 0 拒 火车、轮船、电力、炼钢锰、镍、钨等黑色及有 西方殖民时代色金属 1 8 9 0 芷汽车、内燃机石油 一次大战前后 1 9 0 0 矩 飞机；化肥铝、磷、钾 1 9 3 0 焦人造纤维、原子技术稀有元素，铀、钍等放 二次大战前后射元素 1 9 5 0 芷 空间技术、电子技术，生物更多稀有元素和半导 技术体元素、遗传基因 1 9 6 4 年 地球同步卫星地球同步轨道；各种电 2 0 世纪6 0 年代以后磁波频率 1 9 6 9 年 宇宙飞船；登陆月球太空资源 1 9 7 2 年 陆地资源卫星 参见封志明资源科学导论【明北京：科学出版社，2 0 0 4 1 5 4 第一章资源利用的历史回顾和趋势 第一节、人类对物质资源的开发历程 迄今的资源利用史就是其不断被发现甚至重新被发现的历史：史前的人类所了解和掌握 的资源很少，像石头、天然的植物等；农业社会的资源以土地为主；工业社会的资源以矿物 为主，其利用随即不断开启了社会结构和组织变化的累积过程，并产生一系列新的需求，这 反过来又刺激着技术的革新以及对资源要素有用性的重新评价、利用。如此循环互动。 一、狩猎与采集时期 人类在地球上出现的历史大约有2 0 0 万一3 0 0 万年，并在约9 9 的时间处在狩猎一采集型 社会。然而，对自然资源的开发利用只局限于狭小的范围。那时，人类主要利用的是作为整 体的环境，能够利用的只是光、热、水和野生的动植物。生产工具极其简陋，以能维持生存 的需要为限，生活方式多以穴居，靠狩猎和采集为生。 从自然环境中获取食物和其它资源，表明源于自然界的人类开始了与自然界的分离，但 其用于改变环境的力量仅是自身肌肉的能量，资源开发利用的环境影响很小而且是局部性 的。 后期狩猎与采集者大约在1 2 0 0 0 年前发明了矛、弓、箭，学会使用火和陷阱，焚烧植被 以促进直接食用的植物和被猎动物喜食的植物的生长。其对环境产生稍大影响，尤其是火使 森林转变为草地的环境影响较为明显。 总的来说，那时的人类属于“自然界的人”，要通过适应自然求得生存。对自然资源的 开发利用还只是被动的，处于维持生存的本能需要，对自然的态度是依赖式的。在人们的认 识上，“资源”并未从自然环境中剥离出来。因此，对资源的认识基本上囊括或隐含在人们 对大自然的认识之中。 二、 农业时期 从狩猎一采集型社会过渡到农业社会，人们花了几百万年的时间才使野生流量资源( 比如， 植物的果实等) 终于被耗尽，取而代之的是农业社会中人工培育的流量资源( 比如农作物等) 及相应的流量技术( 如与采集和狩猎相对的灌溉技术等) 。此时，基本利用可更新资源， 尤其是生物资源。 进入农业社会以后，人类开始有意识地开发利用更多的自然物。随着生产工具和技艺的 不断进步，人类对自然界的认识不断深入，土地是农业文明时代的核心资源。此时，对自然 资源的开发最伟大的成果是对水、土地资源和其它地表资源( 如裸露的矿石等) 的利用。 ( 一) 、新石器时代 大约在公元前1 万年时，人类进入新石器时代，使用磨制石器。从文化上讲，陶器文化、 农耕文化和饲养动物是新石器时代的特征。人类开始从事农业生产，并相对固定地生活在某 个区域。此后，粮食加工与储存促使人类发明了陶器，标志着人类真正对矿物资源的开发与 利用。人类从完全依赖于大自然，进入了以发挥人的主观能动性，对大自然进行利用和改造， 对天然产物进行加工和使用的时期。在生产工具上，磨制石器取代了打制石器。在经济生活 方面发明了原始农业和畜牧业，以及以制陶业为代表的原始手工业。 ( 二) 、青铜器时代 随着地表资源开发程度的加深，人类对地下资源的开发也逐步发展起来。矿业慢慢地从 农业中分化出来。早在新石器时期，人类在一些中心地区开始利用铜，并用它来制造一些生 产工具，这些生产工具和他们以前用的石器几乎一模一样。由此推断，他们最早发现和使用 的可能是生铜，随后人类学会了怎样从铜矿石里冶炼铜。由于锡和铜往往伴生在一起，冶炼 。新型的流量技术包括生物工程，太阳能工程和海洋能工程等 东南大学硕士学位论文 出来的就是称之为青铜的产品。黄铜的冶炼也是因为锡和铜伴生所致。 公元前3 千年到2 千年，埃及、伊朗、美索不达米亚，以及印度的城市都处在青铜器时 代，青铜器传入地中海是在该时期末，传入西欧是在公元前1 9 0 0 年左右。中国在殷朝中期 进入青铜器时代。 青铜器的大量出现，标志着人类从此迈入金属时代，人类能够对铜等金属进行冶炼和铸 造。由于青铜器取代了石器工具，生产效率显著提高，如铜犁等农业工具极大地提高了农业 生产和水利建设效率，同时促进了农业、手工业的分离和发展。 ( 三) 、铁器时代。 在广泛使用青铜器的年代里，就已经出现了铁质的工具，在西方，铁的最初使用是与直 接来自自然的资源陨铁分不开的。公元前7 世纪，有了精炼铁；6 世纪末，中国已经有 了铸铁。铁可以造成各种需要的状态，且长久保持其形态，因而是工业发展必须的原材料。 进入铁器时代，金属工具才完全取代了石制工具，其应用大大推动了社会生产力的发展，以 致出现了人类历史上第二次社会化大分工。人类使用铁的发展过程，大体分为熟铁、生铁、 钢铁三个阶段。我国在战国时就有钢。到了西汉，炼钢术已经基本成熟。 冶铁技术的出现把人们的注意力引向地壳里的金属上，最初是铜和锡，接着是铁、铅和 锌。工具的改进，特别是切削工具的改进，使得人们对自然资源的开发利用能力增强。比如， 纺织技术引导人们去寻找适于纺织的纤维，如亚麻、棉花、大麻、羊毛和蚕丝等。粮食、纺 织品增加和金属工具的广泛使用又促使人们寻找动力资源，从而发展了水车和风车。 总之，农业资源的开发使得诸如纺织、制陶、制造工具之类的手工制造的商品用以交换 食物和必需品，于是资源得以流通。自然资源开发利用随着对地表的控制和改造，其环境影 响也扩散开来。 而且，农业的发展意味着人类已从狩猎采集者那种“自然界中的人”变成农民，牧 民和城邦居民这种开始“与自然对抗的人”，虽然其能力还只能“顺天时，量地利”，但人类 对待自然的态度的这种变化具有深远的意义，多数学者认为这就是今天资源与环境问题的开 端。 三、工业时期 1 8 世纪中叶，在英国首先发生继而蔓延全球的工业革命是人类资源利用史上由改造性利 用向掠夺性利用的一次转变。 世界各国的工业化过程，是同矿物资源的大规模开发利用分不开的。第一次工业革命以 来，特别是二战以来，全世界对矿物资源的需求量剧增。据统计，在1 9 0 1 1 9 8 0 年的8 0 年间， 资本主义世界和发展中国家各种矿物原料开采量增长几倍到几十倍，其中石油增长1 4 0 倍， 铁矿增长5 倍，锰2 5 倍，铜l o 倍，铝土矿5 0 0 倍，每年有几百亿吨甚至上千亿吨的矿物资 源投入运转。o 工业化开始后，人们对金属、非金属矿产资源、工业原料和动力的需求剧增，又出现了 大规模消耗这些资源的近代科技手段，农业、制造业、交通运输业等都大量使用靠燃烧煤和 石油提供动力的机器。于是不可更新资源特别是矿物资源纷纷进入社会化生产过程，成为工 业文明时代的核心资源。尤其是，各种人工合成物质纷纷涌现，目前，全世界每年炼制的各 种金属约8 亿吨、人工合成的有机物约6 0 0 0 万吨左右，施用矿物肥料达4 亿多吨。而且， 这一时期，人类对自然资源开发、利用的态度具有明显的人本位特征。于是，环境问题扩展 开来。 。何贤杰。邓国平资源与发展 1 v q 武汉：湖北教育出版社1 9 9 8 7 8 o 同上2 3 。中国大百科全书环境卷北京：中国大百科全书出版社，1 9 8 3 2 1 9 6 第一章资源利用的历史回顾和趋势 四、后工业时代 目前，以信息为主导的新科技革命日新月异。种种迹象预示着后工业社会的即将来临。 特别是，1 9 7 2 年第一颗地球资源卫星的发射成功，使人类可以从空中审视整个地球。尤 其是以计算机为主的信息技术、新材料技术、生物技术、航天技术、新能源技术得到空前的 发展：像日本理化研究所研制出可以再现人脑工作原理的“人脑型”计算机、“火星探路者” 号飞船成功着陆、以及克隆羊的实验成功等等都极大的增强了人类对自然的干预和改造的能 力。 在后工业时代，人类对自然资源需求的结构正发生新的变化；为解决日益恶化的环境问 题和资源耗竭问题，大力研制、发展各种新型材料和新型能源，己成为必然趋势。 一是海洋资源时代。海洋是自然资源的宝库，航行的要道，海洋占地球总面积的7 1 ， 占地球总储水量的9 7 ，不仅是地球上生命生存进化和发展的场所，而且控制着地球上的气 候，调节着大气的温度和湿度。蕴藏着几乎取之不尽的生物、能源和矿产资源。仅海底的c u 、 n i 、m n 金属资源的蕴藏量就可供全球使用千年以上。比如，全世界海水中总共含氘( 核聚 变的主要物质) 约4 2 亿吨。二是太阳能时代。以太阳能为主体的可再生能源，将逐步替代 以石油为主体的矿物能源。三是新材料时代。在材料方面，非金属将逐渐取代金属材料，如 陶瓷代替钢铁，各种塑料代替金属材料等。四是稀有、稀土金属时代。日本科学家预测，新 型尖端技术在2 1 世纪将成为核心产业，被称为太空金属、电子金属、超导金属的稀有、稀 土资源将成为未来新兴产业材料的基础。 从以上分析可以看出，人类社会发展过程中的每一次飞跃，都伴随着自然资源开发利用 的重大突破，这种突破，使相应的自然资源以更大的规模加入到社会生产行列中去，对社会 生产力发展起重大促进作用。如此，自然资源的利用范围不断扩大，社会生产力不断得以发 展。 第二节、人类对能源的开发历程 一部人类的发展史也是能源的利用史。人类只是在进化到“直立人”的阶段，才开始使 用最简单的自然资源石块、树棒，最早的火种也许是雷击、火山喷发而致的，人类通过 堆积木柴使其不断地燃烧而小心翼翼地保存着这些火种。后来，约在9 0 0 0 1 0 0 0 0 年前掌握 了钻木取火、燧石取火的办法。从此，人类开始了利用能源的进程。 在原始时代，对能源的利用从木柴燃火开始的，这是继石器时代后人类获得自由的革命 性进步；此后，进入农业社会，为了发展生产，人类利用了畜力、一部分的风力、水力。在 相当长的时期内，煤炭、石油、天然气仅仅用作照明和供热。 从历史来看，人类对能源的利用发生了三次革命。 一、第一次能源革命 1 8 世纪的产业革命，以煤炭取代薪柴作为主要能源，蒸汽机成为生产的主要动力。用煤 作为燃料开辟了工业、交通、运输的新天地；1 9 世纪6 0 年代，以石油燃烧后的气体为动力 源，制造了内燃机，极大地提高了人类利用能源的能力。 1 、煤炭时代 人类认识和利用煤炭的历史可以追溯到远古时期。 中国在新石器时代，出现了用煤雕刻的装饰品，汉代开始用煤作燃料；晋及十六国时期 开始采煤炼铁，到宋代，采煤形成一套比较完整的技术。欧洲在1 6 世纪后半期开始发展采 煤技术。 真正进入煤炭时代是在1 8 世纪，煤炭推动了工业革命的进程，在长达两个世纪的工业革 。陈军，陶占良能源化学d 川北京：化学工业出版社，2 0 0 4 2 1 7 东南大学硕士学位论文 命时期，煤炭一直是能源之王。 第一次工业革命发生在英国，其根本原因是它首先开始动力革命以煤的燃烧推动蒸 汽机的运转。1 6 8 9 年萨弗里发明第一台投入使用的蒸汽机蒸汽泵；1 7 0 5 年纽可门制造 出第一台只能用于矿山抽水的蒸汽机，到1 7 1 2 年在英国的煤厂和矿山中普遍使用，带来了 矿物资源特别是煤炭资源的大量供应。1 7 6 9 年瓦特制造出第一台蒸汽机样机，1 7 9 0 年广泛 利用，工业革命进入高潮，产业革命以技术革命为轴心，以机器生产代替人力生产为标志。 古老的人力、畜力、水力被蒸汽动力所取代。纺织、采矿与冶金迅速发展，并迅速扩散，促 进了工业化的完成。 没有煤的使用，工业革命的产生是难以想象的。煤的开发利用，另一重大成果是炼钢工 业的发展和成熟。1 7 7 0 年，用焦炭冶炼出世界上第一批有价值的钢铁。冶金工业的发展带来 了材料工业的革命，从此工业革命的浪潮才席卷了英国和全世界。如果说，煤炭、冶金、纺 织是英国工业革命的三大支柱产业，那么，煤的开发利用则是其基础和先导，由此推动了交 通运输、机械制造、军事工业以及其它资源产业的大发展。1 9 世纪以后，英国工业革命的浪 潮又迅速向欧美各国推进。国际贸易和殖民掠夺使资源开发利用全球化的趋势日渐迅猛。 此时，人类对自然资源的利用，逐步向不可再生资源扩张，走向了掠夺性的利用方式。 1 9 世纪末期，煤代替木柴既作为蒸汽动力燃料，又作为炼铁、炼钢的原料和重要化工原料， 开始在能源结构中占主导地位。 2 、石油时代 如同煤和铁一样，人类对石油的认识和利用并不是在进入石油时代以后才开始的。 中国公元前7 0 0 多年就使用石油，主要用于燃料、石漆、机械润滑及药物。1 3 世纪，陕 北的延长开凿出世界上第一口石油井，那是在打井取盐时的意外收获。美国1 8 5 9 年打出西 方第一口石油井，这被视为现代石油工业史的起点。石油的大规模开发利用，首先为内燃机 的发展提供了前提。1 8 8 6 年，德国的戴姆勒制成第一台使用重液体油的内燃机。从此，石油 开采和内燃机互为需求，形成世界能源动力革命的又一高潮，内燃机为整个工业社会的发展 提供了前所未有的动力，使一切机器得以运转，为汽车、拖拉机、飞机、轮船、坦克的发明 创造了条件。 整个2 0 世纪，特别是2 0 世纪5 0 年代，在美国、中东、北非相继发现了巨大的油田和 气田。使得石油在西方发达国家成为主要能源。石油和天然气，将煤炭从动力之王的地位拉 下。石油同国家战略和全球政治与实力密不可分。第一次世界大战中，内燃机取代了战马和 烧煤的蒸汽机车，从而确立了石油作为国力因素之一的重要地位。在今天，石油不仅像铁和 煤( 蒸汽机) 一样改变了人类的生产方式，而且改变了人类的生活方式；石油、天然气是世 界农业所依赖的化肥的主要原料，使粮食得以运往世界各地，石油生产出塑料和化工产品， 石油极大地缩短了世界各地的距离，大部分国家的工厂、电站、和交通工具都使用石油和天 然气，石油已成为人类进步的标志。 石油之所以取代煤炭，有很多原因。其中，技术的进步起关键作用。2 0 世纪2 0 年代出 现了管线焊接技术，这就可以制造出大直径的有缝钢管，为石油特别是天然气的远距离运输 创造了条件：而且，石油和天然气同煤炭相比热值高、加工、转换等方便，又是多种化工原 料。随着油田勘探规模的扩大和开采技术的改进，其成本也有所下降。而煤炭在长期大规模 的开采后，易采煤层减少、开采条件逐渐恶化。如此等等，终于使得石油、天然气取代煤炭 的主导地位。 二、第二次能源革命 自1 9 世纪7 0 年代起，在电力应用技术方面的发明创造获得了惊人的突破。1 8 7 6 年，俄 国的雅普罗奇科夫进行了所谓“电蜡烛”的交流电试验。1 8 7 9 年，爱迪生经过数千次试验， 发明并多次改进了白炽灯。这极大地推动了电力的应用。 当时世界上已经出现了单相交流电及单相同步发电机，但仅是应用在照明上。工业上用 8 第一章资源利用的历史回顾和趋势 的交流电动机，最初也只是单相交流异步电动机，由于它不能自动起动，其使用受到很大限 制。1 8 8 1 年，巴黎国际博览会展出了爱迪生创造的交流发电机。1 8 8 2 年法国的盖拉勒和英 国的格布斯发明了磁路式变压器。1 8 8 5 年，世界上第一台实际可供使用的单相闭合磁路的铁 芯变压器在欧洲诞生，并在两年后应用到单相交流设备上。同年，根据意大利人弗兰利斯发 现的“旋转磁场”所制造的两项交流发电机问世。1 8 8 8 年，俄国工程师德布罗夫斯基和德尔 伏创建了三相交流制。不久三相交流发电机及电动机相继问世，这就为三相交流制在世界上 的普遍应用奠定了基础。自1 8 9 0 年制成采用三柱式铁芯的三相变压器后，三相异步电动机 就得到广泛应用。电力的广泛使用实现了多种形式的能( 热、机械运动、磁、光) 之间的相 互转化，并能够在工业上普遍使用。回 到2 0 世纪初，人类便结束了自1 7 9 6 年由英国人瓦特发明蒸汽机起所开创的“蒸汽机时 代”，跨入了“电气化时代”。 然而，目前用来发电的主要资源是煤炭或石油。由于它们的储量是有限的。而且全球日 益高涨的环保呼声也要求对能源的开发利用向清洁的方向发展。这就决定必须在更广泛的层 次上来开发新的能源。 三、第三次能源革命 目前，随着石油供应的短缺，世界能源消费结构逐渐向多元结构过渡。特别是新能源的 开发利用。包括地热、低品位的放射性物质、地磁等地下能源，还包括潮汐、海流、海水盐 差等海洋能和风能，生物质能等地面能源以及太阳能、宇宙射线等太空能源。 核能。2 0 世纪初，发现原子核内蕴藏着核能。这标志着人类改造自然进入一个新阶段。 现在核能已成为一种可以大规模、集中利用的能源，主要用于发电。 太阳能。其转换和利用方式主要有：光一热转换；光一电转换；光一化学转换。 风能新技术。是太阳辐射造成地球各部分受热不均，引起空气运动产生的能量。可以有 效利用的风速范围在3 - 2 0 米，秒。利用风力可以发电、提水、助航、制冷、制热等。 生物质能新技术。 l 、热化学转换，将固体生物质转换成可燃气体、焦油、木炭等品位高的能源产品。目前 发展的有： 生物质气化技术。将固体生物质在气化炉内加热，同时通入空气、氧气或水蒸气，产生 品位较高的可燃气体。 热解技术，是生物质受高温加热后，其分子破裂而产生可燃气体( 一氧化碳、氢和甲烷 等混合物) 、液体( 焦油) 、固体( 木炭) 。 2 、生物化学转换。生物质在微生物的发酵作用下生成沼气、酒精等能源产品。 3 、生物质压块细密成型。把粉碎烘干的生物质加入成型挤压机，在一定温度和压力下， 形成较高密度的固体燃料。 海洋能。包括潮汐能、波浪能、海洋温差能、海洋盐差能、海流能等 地热能。目前开发的方法主要是钻井，并由所钻的地热井中引出的地热流体蒸汽和 水而加以利用。因此，地热流体的物理、化学性质对地热的利用至关重要。 氢能。氢位于元素周期表首位，在常温常压下为气态；在超低温高压下为液态。或以固 态的金属氢化物出现，是一种理想的能源。 第三次能源革命的顺利推进，将使煤炭、石油、天然气主要用做化工原料。届时太阳能 发电、核聚变反应堆发电以及其它新能源发电将为人类带来充足的能源。 从以上的分析可以看出，人类是通过劳动( 当然包括科技在内) 把作为主体的人类与提 供物质、能量、信息资源的自然界联系起来的。也就是说，一部人类认识自然和改造自然的 。参见杨国旺电力科学技术发展历史的研究川河北大学成人教育学院学报，2 0 0 4 ( 6 ) 9 东南大学硕士学位论文 历史，就是自然界不断被人化的历史。 第三节、资源开发和能源的互动 从以上的分析中可以大致勾勒出人类对自然资源利用的两个基本链条。 人类利用资源的 历程，就像沿着阶梯一样进展，由简单到复杂，由易得到难得。 一、资源开发链与能源利用链 l 、能源利用链 陌翮 l马风力等i 1 - j l 婴j 导甲 匮亚国 这两条链其实是相互对应、相互促动的。即一定的能源利用状况对应这一定的物质资源 的利用状况。比如，柴草、木炭、牛马等能源对应着石器、陶器、青铜器；煤炭、石油、天 然气、电力对应着铁、钢、和各种合金等等。两条链的互动使得人类逐步掌握、扩大着对资 源的利用的范围和深度。 对能源链来说，框内所示只是指一个时代的能源主角，并不排斥其他能源的应用。从能 源的化学元素来看，以上各框内的能源都含有碳和氢，但由于化学结构不同，自然存在状态 不同，所以热效率差别很大。水合甲烷是目前已经发现热效率最高的能源，但开采难度和控 制的难度也是沿着链的方向递增。 对物质资源链来说，人类对其最初认识很可能始于某些制陶操作过程，从世界范围看， 人类最早使用的金属是大约5 0 0 0 多年前的铜。大约在2 0 0 0 年到3 0 0 0 年前，逐渐过渡到铁 器时代。原因是铁的熔点高( 纯铁熔点为1 5 3 5 ) 几乎为铜的1 5 倍。人类只有获得出更高 的温度时，才能熔化铁矿、制造铁器。钢的出现则是很晚的事，没有钢铁及其多种合金，就 没有工业化。 但进入2 0 世纪下半叶，人类将目光投向太空和深海时，钢铁材料就显得越来