大民院地球环境现状课件01绪论

地球环境现状

生命科学学院环境工程系课堂要求

课堂上以注意听讲为主，不需要记大量的笔记，课后要复习；有问题可以随时举手提问，但是不允许在下面小声说话，如果有与课堂不和谐的声音，请自己出去；不允许迟到、早退、旷课，除了校长和系主任的假条之外，均无效。绪论

随着人类社会的不断发展、进步，随着人群的知识水平的不断提高，人类社会越来越认识到环境对人类的发展，特别是对人类社会的可持续发展有着非常密切的关系。目前，环境问题已经成为人类社会可持续发展的重大制约因素。人类要想谋求持续发展，就必须解决日益严重的环境问题，协调与环境的关系。环境问题可分为资源与污染两类问题，这两类问题都与人类社会经济发展密切相关。所以，作为独立的、生活在地球上的人，都应该了解一下地球上所发生的变迁，了解地球的环境变化，以及人类社会进步带给地球的严重影响。《地球环境现状》是一门面向所有人群的选修课，主要是介绍了地球环境的现状、造成现代地球环境现状的原因以及将来的发展趋势。使我们对地球的状况有一个全方位、概括的了解，便于我们在从事各项工作的同时，用了解到的环境科学知识，为地球环境的不断改善，做出自己的努力。本课程共分四个部分六个章节。第一部分（第一章）主要讲述地球环境的变动；第二部分（第二章、第三章、第四章）主要讲述环境激素等对人类的影响；第三部分（第五章）主要讲述核威胁与核能源；第四部分（第六章）主要讲述宇宙对地球环境的影响。本课程为大学各个专业的环境科普课程。第一节地球温暖化1、“地球”号宇宙飞船最后的悲鸣做为环境问题，最近我们可以经常听到一些话题。比如；环境激素、二恶英、垃圾问题、地球温暖化、臭氧层空洞等等。然而在这些问题中，即使我们听得到了耳熟能详的程度，但是具体的对我们能有多大的、多么严重的影响，大多数人可能还是不是非常清楚。第一章地球环境的变迁“地球”号宇宙飞船

我们可以把地球比做在宇宙中航行的船一样，当然，粮食与能量都是有限的。如果船内部发生了火灾，就会充满有毒的气体，温度上升，可以想象，船体会解体，所有的东西就都会沉入汪洋大海之中了。如果我们想要使这条船能够永远地航行下去的话，我们该做些什么呢？“地球”号宇宙飞船

到今天为止，在地球号这艘宇宙飞船上到处充满了危机，各种天灾人祸不断地出现。战争、瘟疫、洪涝、旱灾，越来越激烈。它不分地域、不分国界、不论人种，正在逐渐的扩大着，使得我们这艘“地球”号宇宙飞船越来越接近毁灭的临界点了。

环境问题，我们可以直接看到的部分很多了，它也是比较复杂、比较难的整个社会问题。在一个一个的不可知的问题中，成为加害者的同时也可能成为被害者。而且一个环境问题，可能与其他的问题复杂的联系在一起。比如环境激素与地球温暖化的问题。不能用科学的方法明确地解释的东西还很多。这也是我们将来要继续努力的方向之一。2、地球的气温正在持续的加速上升

地球温暖化这句文字，所表述的内容是指地球的平均气温在持续上升的事实。

地球的表面上的大气，并不能被太阳光线直接的加热升温。太阳光首先将地表加热，之后在被太阳光加热的地表上，热能被以红外线的形态放出。而被放出的红外线，被地球表面的大气中的二氧化碳及水蒸气等具有温室气体效应的气体吸收。而且红外线热能可以从吸收了大量红外线热能的温室效应的气体中，再次放出，加热地表。这样，正好与温室同样的道理，使得地球保持着一定的温度。地表吸收的热能，与地球向宇宙空间释放的热能，因为地球有一个恰好的大气层，所以基本上保持着一个平衡状态，地球上的平均气温，大约为15度左右。然而，由于二氧化碳等温室效应的气体在大气中的浓度不断的增加，妨害着热能从地表向宇宙空间的释放，使得这种平衡被打破，所以地球表面的温度在不断地上升着。事实上，与地球相比，金星和太阳比较近，而且金星的大气中几乎都是二氧化碳气体，金星的平均气温在460度以上。也可以说，水蒸气、二氧化碳、甲烷等具有温室效应的气体的存在，使得地球上的生物有了一个舒适的生活温度。如果在地球上没有这些具有温室效应的气体的话，经过计算，地球上的平均气温，就会是零下18度左右。地球的平均气温，在过去的100年里，大约上升了0.5度。可是地球的平均气温，在最近的20—30年间，在急速地上升着。直到现在仍然比以往更高的速度在不断地上升着。在“关于气候变动的政府间讨论会”的1995年报告书中，将世界各国的科学家的研究结果总结后，得到一个结论：如果按现在地球上气温的变化来推测，地球上的温度在2100年时，将平均上升2度左右（预测最少上升1.5度，最高上升3.5度）。但是就算计算的各种条件有许多误差，我们也可以推测出在2050年左右，气温平均上升2-3度，到2100年左右，气温平均上升3-5度。不管怎么说，在短期内，地球上的平均温度能够这样快速地上升，这仍然是非常不好、非常严重的事件。在19世纪中叶，就有人指出二氧化碳气体的温室效应，对地球上的生物会有所损害。然而由于二氧化碳气体对人体没有危害，为了眼前的利益，创造人类舒适的生活条件，大量的排放二氧化碳气体。这种状况随着科技的迅速发展，愈演愈烈，从而导致我们地球今天的状态。3、被破坏的二氧化碳循环地球温暖化的最大原因是具有温室效应的气体的浓度，正在不断的增加着。而且具有温室效应的气体，前面已经讲过，主要有二氧化碳、水蒸气、甲烷等。这些容易吸收红外线热能的气体～具有温室效应的气体～吸收从地表放出的红外线的情况，可以从宇宙观察红外线的情况加以确定。气温与二氧化碳浓度的关系具体的具有温室效应的气体，有水蒸气、二氧化碳、甲烷、氟化物（如氟立昂等）。在这其中，特别是在大气中，由于二氧化碳的显著增加，加快了地球温暖化的进程。最初通过实际观测到的结果得出二氧化碳浓度与气温上升有着密切的关系，是在1939年。在此之后，在很长的一段时间内，有许多人认为二氧化碳浓度的上升，与气温的升高与下降有关系。然而直到1957年—1958年在夏威夷与南极进行二氧化碳浓度观测开始，世界各地才真正地开始了二氧化碳的监测事宜。

在1981年，发表了地球的平均气温的变化，与二氧化碳浓度及火山喷发的粉尘有非常大的关系。同时也证明了二氧化碳浓度的增加，与气温的下降没有关系。而气温的下降却与大规模的火山喷发有关。由于大规模的火山喷发，喷出了大量的粉尘，这些粉尘，覆盖在地球的上空，遮住了从太阳发出的光线，使之不能到达地球表面，从而使得地球的温度下降了。

在1987年科学家在南极大陆取冰，从16万年前开始测定大气中的二氧化碳与甲烷的浓度，从而推测二氧化碳气体、甲烷气体与气温变化的关系。南极大陆覆盖着厚厚的冰层，与其它大陆的地层一样，都是按照年代的顺序逐渐地积累起来的。所以在最下面的冰层，是很古老年代留下来的东西。测定冰层中二氧化碳的含量，可以推测当时年代大气中的二氧化碳的含量。其结果大气中的二氧化碳以及甲烷的浓度与气温之间有着明确的关系。即二氧化碳及甲烷的浓度高的时候，气温也高。

这样，就通过许许多多的调查与测定，确定了二氧化碳浓度与气温的关系。二氧化碳在生物呼吸时，比如动物，吸进氧气，在体内经过参与一系列的生化反应，放出能量与二氧化碳。另外，由煤炭、石油以及一些天然物质燃烧后大量的排出。所以在18世纪末开始的产业革命以后，由于大规模的工业化诞生，二氧化碳的排出量急速上升。现在的二氧化碳排出量，比产业革命以前增加了25%以上。在发达国家中，近40年，二氧化碳的排出量增加了7倍以上。在正常的情况下，地球上的二氧化碳的大部分都被海水吸收了。海水中的二氧化碳的量是大气中的60倍左右。当海水的温度上升时，海水就向大气中放出二氧化碳；而海水温度下降的时候，海水就从大气中吸收二氧化碳。

海水中的二氧化碳，被海水中的植物类及浮游生物类吸收进行光合作用，变成营养成分贮存起来。这些植物及浮游生物又被海中的鱼类等动物吃掉，海中的动物通过呼吸，吐出二氧化碳。而这些动物死亡以后，又被细菌类分解掉，放出一部分二氧化碳被海水吸收。而沉到海底的遗骸，经过长年累月的堆积，通过地球内部的压力与热的作用，在这样漫长的岁月里，逐渐的转变成了石油和天然气。而在陆地上进行的二氧化碳的碳循环量，与海水中的相比，实在是要少得多。在陆地上的植物与动物以及细菌，也同海水中的二氧化碳循环一样，进行着同样的循环。其中陆地上30%的面积覆盖着森林，每天都在大量地吸收着二氧化碳。

以上所描述的就是地球上二氧化碳的循环过程。从中可以看到，大气中一直保持着一个比较稳定的二氧化碳量。但是，由于人类大量的使用煤炭、石油、天然气做为工业原料，以及大量毁林开荒，彻底的打破了这个平衡。现在，通过对化学燃料的燃烧，计算碳的量，可以换算出每年被人类排出60亿吨的二氧化碳，而其中被海水及森林吸收的只有30亿吨。这就意味着我们每年向大气中堆积了30亿吨的二氧化碳。

再就是人类大规模地破坏森林。森林本来具有调节气温的作用也被大大的削弱了。森林在光合作用的同时，除了大量的吸收二氧化碳以外，大量的水分蒸发使得气温下降。另外由于森林被大量的破坏，太阳光线直接照射在土地上，加速了土壤中存在的有机物质的分解，同时也放出了大量的二氧化碳。

另外，大都市存在的“热岛现象”（heatisland）,也产生着大量的热量。所谓的热岛现象，是指都市的气温比郊外的气温要高的情况。大楼、汽车、飞机、地下铁、工厂等等大量地放出热量，柏油马路、混凝土建筑等在白天吸收太阳的热能，夜间放出热量更加使得我们的都市的空气污浊不堪。定义：temperatureswithincitiesaregenerallyhigherthaninsurroundingruralareas,creatingan“island”ofwarmerair.（城市热岛是城市内部的温度比周围地区高的一种现象）

特征：城市热口密度越大，热岛现象越明显；

城市热岛在城内的空间差异明显；

城市温度在日出、日落之间差异明显。

形成条件：陆地表面状况，大气状况，人类活动，空气条件具有比二氧化碳高7000倍温室效果的氟立昂除了二氧化碳气体具有温室效应之外，还有甲烷及氧化氮类气体及氟立昂类气体。而甲烷及氧化氮类气体，本来就是自然界中存在的物质，而氟立昂类气体则完全是由人类制造出来的东西。在各种具有温室效应的气体中，对地球温暖化的影响比例，大约二氧化碳为64%，甲烷19%，氧化氮类6%，氟立昂类占10%。确切地说，虽然二氧化碳的浓度越来越高，但对比20年来温室效应来看，与二氧化碳相比——温室效应——甲烷为63倍，氧化亚氮为270倍，而具有代表性的氟立昂11为4500倍，氟立昂12为7100倍。所以氟立昂类的温室效应是非常高的。

甲烷主要是由于在湿地、水田以及动物的肠内发酵而产生的。所谓的动物肠内发酵，是通过打嗝、放屁放出来的。通过统计计算，全世界的牛一天能产生大约4亿吨的甲烷，约占全世界甲烷气体发生量的15%。氧化氮（一氧化氮）主要是有机物的燃烧及氮肥分解而产生的。氟立昂是破坏臭氧层最主要的气体之一。是人工合成的化学物质。由于氟立昂对人体无害，不燃烧，具有非常稳定的化学性质。所以过去在冰箱及空调器的压缩制冷系统以及喷雾剂中、半导体的洗净剂中，大量的使用。但是现在，世界各国都已经停止生产氟立昂制品，氟立昂制品正在被其它无害的气体所代替，逐渐地退出了历史舞台。陆地的减少在全球温暖化这个课题里，还有许多问题需要我们去探讨。但是具有温室效应的气体，如果其浓度继续升高的话，地球就会逐渐的变暖。在这一点上，科学家们已经得到了共识。在前面我们已经叙述过，具有温室效应的气体，特别是二氧化碳气体的浓度不断增高，今后50年到100年左右的时间内，地球的平均气温将上升2—3度，也有可能生高5度左右的程度。对于气温上升2—5度的情况，可能许多人都不感觉有什么大事情发生的吧。现在我们亚洲的冬天与夏天的气温变化，已经超过了30度以上。从全球气温变化来看，这已经不是一个特定地域上发生的事情了，而是地球整体上气温上升的事情了。今天地球的平均气温大约在15度左右。在过去了的100年间，仅仅上升了大约0.5度，然而今后的50年到100年间，由于平均气温上升2—5度，所以可以看出，地球的温暖化进程正在加速。地球从诞生之日起，已经经过了四次冰河期。地球产生冰河期的原因，是由于地球的公转与自转。由于地球围绕太阳旋转的公转轨道的变化与地球绕地轴自转的倾斜角度发生变化，太阳光线变得难于到达地球，所以就产生了地球的冰河期。然而，在冰河期，地球的平均气温，仅仅只是比现在地球的平均气温低5度左右，而就是比现在平均气温低5度的情况下，地球就进入了冰河期。从这样的事实我们可以推测，相反的气温上升2-5度，一定会发生一些非常巨大的变化吧。

最后一次冰河期离现在已经有1万年了。

而经过1万年才上升了5度的气温，达到了今天的气温。

对比之下，在未来的50年-100年之间，平均气温就上升了2-5度，是否有些过于激烈了呢？

对于人类及地球上的生物来说，还从来没有经历过这么快的气温变化呢。地球上的平均气温上升2-5度的情况下，各地域之间有很大的差异。在赤道附近，气温升高的幅度不大。而在北极和南极，则平均气温大约会升高10度左右。由此推算，随着海水水温的升高，海水会膨胀，高山上的冰雪、冰河及南北极的冰雪会溶化，从而可以推测海水一定会增加。海平面大约要比现在上升约15-95厘米以上（国际气候变化论坛预测大约升高50厘米以上）。如果海水温度升高一度，海水大约膨胀约0.015%。假设平均500米深的海水水温升高2度，那么海面高度将上涨15厘米。如果温度升高10度，地球上的冰将会全部熔化，加上膨胀系数，那么得到的结论就是海平面将上升80米左右。即使只有1%的冰熔化，海平面也将上升大约80厘米以上。事实上，在过去的100年间，气温上升了0.3度，海平面上升了10-25厘米左右。安地斯山脉山顶上的冰雪溶解的速度加快了，欧洲阿尔俾斯山山脉的冰河有一半熔化了。科罗拉多雪原的冰层减少了大约2.5厘米厚，南极周围的海冰消失了大约四分之一。在全世界的范围内，如果海平面上升1米，则太平洋各岛国及马绍尔群岛将丧失80%的国土。另外孟加拉国也将减少20%的国土。日本全国的沙滩将减少90%，日本国土将缩小0.6%，但是东京的一半左右将会沉入海底，直接影响1540万人口（约占东京的一半）的生活。在冰河熔化、海平面升高的同时，巨大的冰山会崩塌，会从陆地上向海里坠落。如果足够大的冰山垮塌的话，将会引起海啸及飓风。则全世界的沿海各地，都会遭遇到毁灭性的打击。我们的家园会变成热带吗？除了海平面上升之外，在全世界的范围内会出现大规模的气候异常。现在世界各地异常的气候变化频繁出现，其先兆也越来越明显了。地球的平均气温如果升高的话，海水的温度也会随之而升高，则蒸发的水量也会大幅度增加。其结果是雨雪的量大幅度地增加。在一些地区会经常出现暴雨和台风，而另外一些地区则会因为少雨而出现更大的旱灾。洪水及干旱的影响，将使得农业生产遭受到更大的打击，粮食大面积减产。而且即便没有洪水及干旱的影响，平均气温的升高，也会给农业带来非常大的危害。以美国、加拿大为首的粮食生产大国，几乎都在北半球，生产的农作物主要是以寒冷型的谷类为主。然而更加麻烦的事情还有，如果平均气温上升3度，则现在的热带地区流行的疟疾、登革热等感染性疾病，则会将其流行的区域扩大20%以上，患者将年增加5000万到8000万以上。即便是亚洲，也将处于这个扩大了的危险地域之中。这是因为这些传播性疾病，是以热带地区栖息的蚊子为传播媒介，而气温上升后，蚊子的栖息地被扩大了，所以这些流行性疾病的地域也将扩大。另外，现在在热带地区流行的以昆虫和小型动物为传播媒介的感染症，在中国等温带地域扩大的危险也存在着。一直以来我们总认为与我们无关，但现在看来有些也很快可能在我们的周围流行起来了。气温的不断升高，在我们的周围，夏天经常发生食物中毒等疾病，痢疾、腹泻等等，由于细菌的繁殖力增强，可能会有扩大的危险。由于地球气候变暖，使得海平面抬高