1、全球环境问题全球环境问题赵玲环境科学与工程学院上海交通大学原生环境问题：自然灾害地震、洪涝、干旱、滑坡次生环境问题：人类活动环境污染、生态破坏全球环境问题全球环境问题原生和次生环境问题，往往难以截然分开，它们常常相互影响、相互作用早期、近期与当代环境问题的区别早期、近期与当代环境问题的区别 早期早期 近期、当代近期、当代影响范围 局部区域 全球范围涉及圈层 生物圈-土壤圈 几乎所有圈层驱动力 人力-蓄力 化石燃料及其他能源根源 生存 ?早期环境问题：人类出现以后直至产业革命的漫长时期近代环境问题：从产业革命到1984年发现南极臭氧空洞止当代环境问题：1984年今大气环境问题 气候变暖-臭氧层耗
2、损-酸沉降生态破坏 生物多样性-森林-土地资源枯竭 水-矿产-能源-生物环境污染 大气-水-土壤-物理环境人口问题 急剧增长-两极分化当代主要环境问题当代主要环境问题全球性全球性全球气候变化全球气候变化及其影响及其影响地球历史变化地球历史变化46亿年前: 14oC最近的6亿年: 24oC-14oC-24oC最近的6500万年: 24oC-17oC-15oC最近的200万年: 15oC-14oC工业革命以来的变化工业革命以来的变化 气温变化气温变化 全球变暖全球变暖 全球变冷全球变冷 干湿变化干湿变化 极端气候极端气候是冰雪，海洋，地壳运动，和大气作用的共同结果：冰雪的存在（尤其两极）对于地球系
3、统的辐射平衡来说是一个正反馈：冰雪存在地球反照率增加地球获得的太阳能量减小温度降低冰雪更容易形成。平时我们感觉不到，是因为地球自转轴在运动，四季交替，冰雪的正反馈作用的信号还未显现时，就被四季变化的信号掩盖了。把时间尺度放大到万年、十万年甚至更长，地轴的运动信号被平均掉，四季的变化也就不存在了，这时我们再来看看发生了什么。是什么使得冰雪地球又结束了呢？那就是海洋：一方面海洋可以直接吸收大气中的CO2；另一方面，地表的岩石通过各种有机、无机作用，把大气CO2转化为碳酸盐岩石。岩石被河流带到海洋中，海洋中的CO2最终也是以碳酸盐的形式沉积到海底，所以海洋可以算是地球的碳汇。碳酸盐随地壳运动进入岩浆
4、中，最终变为硅酸盐和二氧化碳，随着火山喷发被带到地面。当冰雪地球时，海洋被冰封，大气中的CO2不再被汇入海洋，另一方面，火山喷发又将之前的一些CO2注入大气，使得大气中温室气体含量升高，产生温室效应，最终海冰融化，进入间冰期。地球表面平均温度变化地球表面平均温度变化过去的140年过去的1000年中间线为19611990年间（30年）的平均值冷冷暖暖冷冷暖暖温室效应与温室气体温室效应与温室气体57%12%25%人类活动对大气组成的影响人类活动对大气组成的影响CO2N2OCH4SO2CO2升高导致全球性环境问题升高导致全球性环境问题IPCC, 2007CO2浓度 (ppmv)中国中国CO2减排压力
5、巨大减排压力巨大中国2008EIA国际能源展望预测国际能源展望预测美国中国排放第一中国排放第一 中国中国2020年单位年单位GDP碳排放比碳排放比2005年下降年下降40-45%2014年年 APEC会议会议： 中国政府中国政府国国家应对气候变化规划家应对气候变化规划(2014-2020年年)我国秸秆产量及焚烧巨大我国秸秆产量及焚烧巨大PM2.5PM2.5PM2.5我国秸秆产量大，平均每年 约7亿吨，其中25%就地焚烧。秸秆焚烧：CO2、PM2.5全球变暖的危害全球变暖的危害对沿海地区的影响对生态系统的影响对生物多样性的影响对人类健康的影响对水资源时空分布的影响对农业生产的影响对森林的影响如果
6、升温速度保持不变，未来30年,青藏高原的冰川将快速退缩，小于4公里的冰川将很可能消失，目前覆盖青藏高原的50万平方公里冰川预计将消退五分之四。冰融化、热胀冷缩、海平面上升、沿海受灾全球变暖对冰川的影响全球变暖对冰川的影响青藏高原青藏高原世界水塔世界水塔冰川消退冰川消退内陆河干涸内陆河干涸绿洲消失绿洲消失生存危机生存危机在过去的在过去的5050年内，全年内，全球冰舌长度缩减球冰舌长度缩减500m500m十几十几年全球海平面年全球海平面平均高度上升平均高度上升40 mm海平面上升对亚洲的影响海平面上升对亚洲的影响海面气温上升和冰盖融化，将影响到亚洲人口集中的超级三角洲地区，包括中国的长江、黄河及珠
7、江三角洲，越南北部的红河三角洲，以及孟加拉的恒河 布拉马普特拉河三角洲。如果海平面上升1米，仅亚洲将失去2500平方公里的红树林，大约1000平方公里的耕地将可能变成盐沼泽；红河三角洲5000平方公里土地和湄公河三角洲1.5万到2万平方公里的土地将被淹没。 海平面上升海平面上升1.5 m对孟加拉国的影响对孟加拉国的影响全球变暖对生态系统的影响全球变暖对生态系统的影响 气候是决定生物群落分布的主要因素，气候变化改变一个地区不同物种的适应性，并改变生态系统内部不同种群的竞争力。 大气温度升高将促使植被的水利用效率增加。 蒸发加大，内陆湖泊消失，淡水生态系统严重受损。 （非洲乍得湖，从1963年的2
8、.5万km2缩减到2007年的2000 km2 ） 全球沙漠化和荒漠化日益加剧，动物栖息地急剧减少。全球气候变化对生物多样性的影响全球气候变化对生物多样性的影响生物多样性的改变生物多样性的改变 地理分布的改变 生理发生改变 生活周期发生改变 迁徙习性和栖息地发生改变 生存能力降低生物学的改变生物学的改变 蛙类提早产卵 蝴蝶分布区向北方扩展 英国的鸟类卵孵化速度加快 东欧的树木提早开花一些生物多样性丰富区已经受到影响一些生物多样性丰富区已经受到影响 哥斯达黎加的蛙类种类减少 坦桑尼亚和印度尼西亚的蚊子出现在高海拔地区 加利弗尼亚的蝴蝶开始北移 不能耐受霜冻的植物上升到新的海拔高度物种灭绝p 19
9、70s以来，由于温度上升，云层升高，导致鸟类、爬行和两栖类种群的变化，有21种蛙类消失。p 哥斯达黎加的 Monte Verde 森林特有的蛙种：Golden Toad Bufo perglenes，最后一次见到是1987年。 北美班蝶在南部消失主要靠食磷虾为生，人类过度捕捞大大减少了这种虾状小鱼的数量，加剧了帝企鹅的死亡。 全球气候变暖：50年来南极帝企鹅数量骤减一半 我不仅需要妈妈的关怀，更需要人类的我不仅需要妈妈的关怀，更需要人类的关怀！关怀！冰川融化，栖息地面积缩减近一半，部分企鹅因此失去了抚养幼崽的场所（冰块变薄、断裂，企鹅蛋无法安存）。全球气候变化与极端天气全球气候变化与极端天气暖
10、冬？暖冬？冷冬？冷冬？全球变暖？全球变暖？p极端天气事件是指天气（气候）的状态严重偏离其平均态，在统计意义上属于不易发生的事件。p全球气候变暖是极端天气气候事件频发的大背景。p极端天气全球肆虐，仅2013年，美国、英国、日本、俄罗斯、中国出现天气过热、洪水、蚊灾等报道；2010年，东非干旱、东南亚洪水、台风“海燕”、俄罗斯热浪、中国泥石流海平面每年上升了约毫米极端天气气候事件极端天气气候事件美国气象学会公报全球气候20112015：人类引起的气候变化推动了极端天气事件的发生！20102010年夏季俄罗斯高温与干旱年夏季俄罗斯高温与干旱2010年莫斯科的夏天气温成为了有气象记录以来的最高值年莫斯
11、科的夏天气温成为了有气象记录以来的最高值俄罗斯：超过俄罗斯：超过550550个火点，个火点，7 7个地区进入紧急状态个地区进入紧急状态20102010年夏季年夏季20102010年年7-97-9月巴基斯坦洪灾月巴基斯坦洪灾为什么一边是烈火，一边是洪水？为什么一边是烈火，一边是洪水？表面原因：大气环流异常根源：在大气变暖的大背景下世界越来越危险 气候变暖是根源？大气中能量分布发生了变化海洋和大气循环、大气中温度场分布出现了紊乱气候变化规律被打乱暴发极端气象灾害的周期已大大缩短世界气象组织、中国气象局、英国气象局、哥伦比亚大学拉蒙特地球观测中心很多地质现象都由板块运动引起，例如大陆的漂移，海洋盆地
12、的闭合以及山脉的形成等都是板块运动的结果，并最终从长期来看对气候产生深远影响。然而，最新的研究首次证明，以上结论反之也成立。全球变暖和水资源的滥用，可能引发地质灾害。融化的冰河和上升的海平面能改变大量水资源的分布，给地表带来压力，进而引起地面裂缝和地震。2004年，美国国家航空航天局的地球物理学家珍妮索伯和美国地质调查局的地质学家布鲁斯莫尔纳就指出，阿拉斯加州西南部的冰川快速消融使得该地区地壳所受到的压力发生变化，从而导致了1979年当地的7.2级大地震。评估地震威胁的时候，必须将地震和冰川融化之间的联系考虑进来。”这对那些冰川和断层并存的地区具有很重要的意义，比如阿尔卑斯山脉、喜马拉雅山脉等
13、。人类活动也会引发地震吗？人类活动也会引发地震吗？20102010年年1-21-2月火点分布图月火点分布图2010年年3月月20日气象干旱图日气象干旱图2010年中国西南地区特大干旱年中国西南地区特大干旱西南五省市区，受灾人数超过西南五省市区，受灾人数超过60006000万人万人旱灾过后的思考旱灾过后的思考除了自然因素，2010年西南特大旱灾是否存在人为因素？如果存在，它们都体现在哪些方面？元阳梯田区的启示元阳梯田区大旱中不旱的元阳梯田大旱中不旱的元阳梯田 2010年年2月月元阳梯田区为什么未遭受干旱重创？元阳梯田区为什么未遭受干旱重创？元阳梯田区农林生态系统元阳梯田区农林生态系统森林 观音山
14、省级自然保护村落村落梯田梯田天然水库天然水库生态保护的价值：哈尼人的实践生态保护的价值：哈尼人的实践大多海拔大多海拔1000米左右，米左右，森林资源得到严格保护！森林资源得到严格保护！1公顷天然林可以蓄涵公顷天然林可以蓄涵1000立方米水立方米水“ 人栽树， 树涵养水分， 水浇田” 即元阳梯田的生态奥秘。在持续旱灾中依然保持不旱的元阳梯田淋漓尽致地展示了生态保护的价值。大型水电工程又有怎样的影响呢？大型水电工程又有怎样的影响呢？水利工程？水利工程？大坝！大坝！水电工程！水电工程！水电：绿色能源水电：绿色能源四四 川川云云 南南生态破坏生态破坏森林锐减：热带雨林生物入侵：水葫芦、一枝黄花生物多样
15、性受损：物种灭绝（1） 森林锐减与生物多样性受损（2） 土地退化荒漠化、盐碱化、石漠化贫瘠化森林锐减与生物多样性减少森林锐减与生物多样性减少据估算，在人类大规模干扰以前，全球森林面积超过76亿公顷，工业革命前尚有50亿公顷，但到1954年锐减到40亿公顷，1995年仅剩35亿公顷。近20年来，世界森林，特别是热带雨林的减少速度明显加快，平均每年减少760万公顷，相当于九个奥地利的国土面积。以此速度，全球热带雨林将在177年内被彻底砍伐干净。（据世界资源研究所，1989）正在缩小的森林大兴安岭退缩的森林不断扩大人工草场全球估计有510106个物种，但在今后30年内，有1/4的物种将可能处于严重的
16、灭绝危险中；目前世界正处于速度空前的物种灭绝过程中，每年有成千的物种消失，其中主要是昆虫类，许多昆虫甚至还未被科学家所发现就已经消失了；在1978年，有290种鸟类受到灭绝威胁，到1990年，则增加到1000多种，占所有鸟类的11%；热带雨林仅覆盖了地球陆地面积的7%，但栖息于其中的物种至少占地球总物种的50%以上。物种灭绝物种灭绝历史时期大熊猫的分布历史时期大熊猫的分布熊猫栖息地的碎裂化熊猫栖息地的碎裂化1970s1970s成都成都宜宾宜宾宝鸡宝鸡汉中汉中绵阳绵阳西昌西昌1980s1980s成都成都宜宾宜宾绵阳绵阳汉中汉中宝鸡宝鸡西昌西昌有多少物种已经离我们远去？有多少物种已经离我们远去？华
17、南虎：还有吗？华南虎：还有吗？水位变化如何影响生物栖息地碎裂化水位变化如何影响生物栖息地碎裂化水电开发交通设施采矿旅游开发沙漠化荒漠化石漠化盐碱化土壤贫瘠化土地退化土地退化中国西南地区的石漠化中国西南地区的石漠化资源枯竭资源枯竭水资源能源矿产资源生物资源土地资源环境污染环境污染水污染水污染 水体富营养化 点源污染、面源污染 有毒有害污染物 重金属、有机物、生物 加剧水资源短缺大气污染大气污染 NOx、SOx类污染 主要来源及危害 CO2等温室气体 来源及危害 其他有毒有害污染物，如Hg等土壤污染土壤污染 重金属、有机污染物 食物链富集、地下水污染物理性污染物理性污染 噪音、电磁场、放射性、光、
18、热水体严重污染水体严重污染水圈中最大的问题是淡水资源不足，时空分布不均匀，成为一些国家和地区持续发展的障碍。水圈被污染已威胁着部分人类的生存：1999年举办“世界水日”之际，联合国的专家发布，在当今的世界上，还有14亿人在饮用不安全的水，每年因此致病死亡的超过500万人。我国目前已有2/3的城市处于供水不足状态。1/3以上的河段受到污染，90%以上的城市水域污染严重，半数城市的地下水污染严重。近50%的重点城镇水源地不符合饮用水标准。 水污染及其类型水污染及其类型水污染是指水体因某种物质的介入而导致其物理、化学、生 物等方面特性的改变，从而影响水的有效利用，危害人体健康或破坏生态与环境，造成水
19、质恶化的现象。按照污染源的排放方式，水体污染分为点源污染和非点源 污染（面源和线源）。污染物的主要来源：工业生产排出的废水、生活污水和农业退水。污染物类型：水中污染物包含金属、非金属物质和有机物，种类繁多，其中许多对人体有毒。 水体污染治理的代价水体污染治理的代价英国泰晤士河的治理，先后投入300多亿英镑，花费了近100年的时间；日本的琵琶湖，投入了约180亿美元，历经了35年时间；中国淮河流域曾经是世界上造纸厂最为密集的分布区，但多数都是工艺落后的乡镇小造纸厂，其创造的产值总和不到500亿人民币，但是要将淮河水治理到地表水五类水标准，至少需要投入3000亿人民币，需要100年的恢复期；云南昆
20、明的滇池湖水多数时候处于劣五类水，蓝藻几乎年年爆发，周边的企业20年的产值仅几十亿元，但目前已经投入的治理费用已经超过50亿元。目前仅为滇池引水工程的投资就高达490亿元，修复需要的时间也会长达数十年之久。 大气环境质量恶化大气环境质量恶化p 化石燃料的大量使用使大气成分发生显著变化：温室气体显著增加；氟利昂的大量进入大气层使得缓解紫外线辐射的臭氧层浓度降低；p 此外，还有100多种有害于人类的成分也在增加：碳氢化合物、一氧化碳、氮氧化物、硫氧化物、硫化氢、氟化物、光化学氧化剂和微粒物质等。p 大气成分的显著改变可能引起：气候灾害增多、加剧，全球气候变暖，冰川消融，海平面相应升高，沿海低地受到
21、海水淹没的威胁。杀人的烟雾：1930年首次出现在比利时，1948年至1962年，又四度笼罩伦敦，烟雾中二氧化硫和粉尘的浓度大大超过人所能接受的程度，导致6000余人死亡。中国的雾霾：2015年12月，PM2.5 浓度达到1000微克/立方米时，空气颗粒物浓度已接近1952年伦敦烟雾事件。11月，东北三省多城市出现弥漫半月之久的严重雾霾。沈阳PM2.5 浓度逼近1200微克/立方米。河北：雾霾大省！拍摄于2014年11月 唐山邢台 保定 石家庄 衡水 邯郸 廊坊 唐山PM2.5年平均浓度高达 250400 微克/立方米石家庄：解放前空气质量优异，1951年曾经作为领导疗养地。但其地理特点决定其不
22、宜发展重工业。然而，近几十年却大规模建设重工业。华北制药、热电厂、大型纺织联合体、橡胶厂、农药厂、化肥厂、焦化厂拍摄于2015年2月 石家庄全球每年人为排入大气的主要污染物数量全球每年人为排入大气的主要污染物数量仅CO2，人均年排放量就高达1吨！人均 kg3350551050450.128南极上空臭氧层空洞南极上空臭氧层空洞臭氧层破坏臭氧层破坏1984年 英国科学家首次探测到。1995年 面积与美国领土相当，高度相当于珠穆朗玛峰。1998年 空洞面积大于北美洲，持续时间超过100天。地面多布森分光光度计正常值：300 Dobson最低时：88 Dobson地球表面2025 km处的平流层，吸收
23、太阳紫外线辐射（240329 nm），保护地球生物。反之，臭氧遍布对流层，吸收地球辐射，相当于温室气体。臭氧层破坏机理臭氧层破坏机理紫外辐射紫外辐射氯自由基氯自由基一氧化氯一氧化氯反应系列反应系列氯自由基氯自由基氧分子氧分子（O2）臭氧臭氧（O3）CFCl3CFCl2具有催化作用的基质和载体分子，是O3杀手！X + O3 XO + O2X+O X + O2X = H OH NO Cl Br人类过多使用氟氯烃（CFCs）氟利昂！哈龙!制冷剂、灭火剂、发泡剂臭氧层耗减的结果臭氧层耗减的结果大气层中的臭氧含量每减少1%地面受太阳紫外线辐射量增加2%人类患皮肤癌的数量增加6%农作物叶片受损抑制植物光合
24、作用改变细胞遗传基因降低再生能力杀死水中微生物和动植物过量紫外线辐射可导致：过量紫外线辐射可导致：酸沉降酸沉降湿沉降、干沉降：pH5.62006年全国酸雨发生频率区域分布图年全国酸雨发生频率区域分布图酸雨的形成酸雨的形成硫化合物！氮化合物！天然源：火山喷发、海浪溅沫、细菌分解等人为源：煤炭、化肥等对水生生态系统的影响： 低pH使水生生物死亡；侵蚀矿物使金属进入水体。对陆生生态系统的影响： 使重金属如Al等被活化，毒害树木； 酸性条件利于病虫害扩散；森林大面积死亡。对各种材料的影响： 腐蚀建筑结构、桥梁、工业设备、供水管网等； 置换Fe；与Cu等发生电化学反应。对人体健康的影响： 增加地下水中的
25、金属；鱼体中Hg升高等。酸 雨 的 危 害土壤污染2004年 2006年 2008年 2014年 2015年北京宋家庄地铁施工工人中毒事件湖南“镉米”事件常州外国语学校毒地武汉三江地产项目场地建筑工人中毒事件兰州“苯”泄露事件中国近年铅中毒事件中国近年铅中毒事件2009年9月，福建上杭县大量学生罢课，要求政府将距离不到800米的“毒源” 上杭华强电池有限公司搬迁。事情起因于几个孩子化验血液中铅含量超过100微克/升。欧美国家儿童血液中平均含量约60微克/升；2009年8月，陕西凤翔县铅锌冶炼企业 陕西东岭冶炼公司的铅排放致使周围两个村731名儿童中的615人血铅超标，其中166人属于中度、重度
26、铅中毒；2009年8月，湖南武冈精炼锰加工厂附近接受 检验的1958人中，血铅超标人数达1354人；江苏邳州，福建莆田，甘肃徽县中国癌症预防与控制规划纲要透露，20世纪70年代以来，我国癌症发病及死亡率一直呈上升趋势。20年间上升29.4%。自1997年以来，癌症成为中国人的第一死因，每年平均有近130万人死于癌症。2000年癌症发病人数约180万200万，死亡140万 150万。中国多条河流流域的癌症高发与水污染有关。 触目惊心 世界人口和人口容量世界人口和人口容量世界人口变化人口快速增长产生的后果人口容量（承载能力）20152015年年1111月月1313日下午日下午14:4414:44拍
27、摄于上海自然历史博物馆拍摄于上海自然历史博物馆1010万年前至今世界人口及增长速度万年前至今世界人口及增长速度距今（年）距今（年）世界人口估计数（万）世界人口估计数（万）与上一时期相比百年增长率与上一时期相比百年增长率翻番时间翻番时间(年年)10万万13万万500.56%124031万万6001.25%5580500050004.33%16353000120004.47%15832000250007.62%9441000250000.00%8004000026.49%29560037500-3.18%4005780024.5%3203006800017.65%4272009540040.29%
28、20510016340071.28%12950253000139.74%790700000465.42%40旧石器时代农耕时代近代工业化引自：时间地图大历史导论 2007当前 70亿 世界人口变化世界人口变化发达国家仅10亿p 人口增长两极分化 最富有20%人口私人消费 量占全球总消费量的86%； 最贫困20%人口占1.3%。p 城市人口急剧增长 占世界70%的人口将居住 在城市p 人口老龄化速度加快 97%来自发展中国家人口剧增带来的环境问题人口剧增带来的环境问题 快速消耗和占用资源：土地、水、生物、能源、矿产等可更新和不可更新资源，产生资源供给压力。 产生巨量废物：增加环境容纳、消解废物的
29、压力。 人口数量和密度增加：使自然灾害造成的生命和财产的损失增大。 环境承载能力失控：引发生态破坏、环境严重恶化等问题，甚至会出现人类文明的崩溃。 人口过快增长的后果人口过快增长的后果土地资源消耗土地资源消耗 中国人均耕地急剧减少：1724年31亩 1910年3.5亩2000年1.4亩 水土流失严重：1/3耕地；肥沃表土流失） 土地荒漠化 草原退化：3.2亿公顷中有0.87亿公顷退化，500万公顷受沙漠威胁：能源紧张能源紧张 水资源短缺水资源短缺 环境恶化环境恶化 中国最大能源消费国：自产原油1.8亿吨，进口1.4亿吨 人口容量人口容量 定义定义国际生态学会：在不损害生物圈或不耗尽可合理利用的
30、不可更新资源的条件下，各种资源在长期稳定的基础上能供养的人口数量。联合国教科文组织：在可预见的时期内，利用本地的能源及其他资源和智力、技术等条件，在保证符合其社会文化标准的物质生活水平条件下，该地区或国家所能持续供养的人口数量。影响人口容量的主要因素影响人口容量的主要因素资源的发展资源的发展资源利用效率资源利用效率生态良好状况生态良好状况技术和管理水平技术和管理水平社会公平程度社会公平程度生活水平生活水平生活方式生活方式灌溉技术对美索不达米亚人口的影响灌溉技术对美索不达米亚人口的影响地球人口容量的估算地球人口容量的估算p乐观派（西方经济学家）：乐观派（西方经济学家）：认为地球能承载 的人口。世界饥荒救济署世界饥荒救济署：认为在当前的农业技术和食物供应水平下，地球只能维系55亿人。如果人类从肉类和奶制品中获取15%的热量，象南美洲多数人那样，那么地球的人口容量只有37亿，达到美国的水平，则是28亿。p悲观派（生态伦理者）：悲观派（生态伦理者）：认为地球能承载 的人口。p折衷派：折衷派：认为地球可承载 的人口。数百亿75 亿（依据：市场优化资源配置和技术潜力远未得到充分发挥；人类应对危机的能力变得更强）（依据：生态环境已经遭到破坏，目前的生产方式不具有可持续性）（依据：如果人类只能利用地球植物总产量的1%）5 9 亿
