1、 第一节第一节 能量能量 第二节第二节 能源的分类与评价能源的分类与评价 第三节第三节 能源与人类文明能源与人类文明 第四节第四节 能源资源生产与消费能源资源生产与消费 第五节第五节 能源与环境能源与环境 第六节第六节 能源的可持续发展能源的可持续发展返回总目录能源科学导论黄素逸 中国电力出版社 1999 物质和能量是构成客观世界的基础。物质和能量是构成客观世界的基础。 科学史观认为，世界是由物质构成的，科学史观认为，世界是由物质构成的，没有物质，世界便虚无飘渺；运动是物没有物质，世界便虚无飘渺；运动是物质存在的方式，是物质固有的属性，能质存在的方式，是物质固有的属性，能量则是物质运动的度量。
2、量则是物质运动的度量。 宇宙间一切运动着的物体，都具有能量，宇宙间一切运动着的物体，都具有能量，人类的一切活动都与能量及其使用紧密人类的一切活动都与能量及其使用紧密相关。相关。 所谓能量，也就是所谓能量，也就是“产生某种效果（变产生某种效果（变 化）的能力化）的能力”。反过来说，产生某种效。反过来说，产生某种效果（变化），必然伴随能量的消耗和转果（变化），必然伴随能量的消耗和转换。换。 机械能机械能 热热 能能 电电 能能 辐射能辐射能 化学能化学能 核核 能能 机械能是与物体宏观机械运动或空间状机械能是与物体宏观机械运动或空间状态相关的能量，前者称为动能，后者称态相关的能量，前者称为动能，后
3、者称为势能。为势能。 如果质量为如果质量为m的物体的运动速度为的物体的运动速度为v则该则该物体的动能物体的动能Ek可以用下式计算：可以用下式计算： 重力势能重力势能Ep可以用下式计算：可以用下式计算：2k21mvE mgHE p 弹性势能弹性势能 的计算式为：的计算式为： 表面能表面能 可用下式计算：可用下式计算： 221kxE SEsEsE 构成物质的微观分子运动的动能和势能构成物质的微观分子运动的动能和势能总和称为热能。这种能量的宏观表现是总和称为热能。这种能量的宏观表现是温度的高低，它反映了分子运动的激烈温度的高低，它反映了分子运动的激烈程度。通常热能程度。通常热能Eq可表述成如下的形式
4、：可表述成如下的形式： STEdq 电能是和电子流动与积累有关的一种能电能是和电子流动与积累有关的一种能量，通常由电池中的化学能转换而来，量，通常由电池中的化学能转换而来，或是通过发电机由机械能转换得到；反或是通过发电机由机械能转换得到；反之，电能也可以通过电动机转换为机械之，电能也可以通过电动机转换为机械能，从而显示出电做功的本领。能，从而显示出电做功的本领。 UIE e 辐射能是物体以电磁波形式发射的能量。辐射能是物体以电磁波形式发射的能量。 物体的辐射能物体的辐射能Er可由下式计算：可由下式计算： 40r100TcE 化学能是物质结构能的一种，即原子核化学能是物质结构能的一种，即原子核外
5、进行化学变化时放出的能量。外进行化学变化时放出的能量。 按化学热力学定义，物质或物系在化学按化学热力学定义，物质或物系在化学反应过程中以热能形式释放的内能称为反应过程中以热能形式释放的内能称为化学能。化学能。 核能是蕴藏在原子核内部的物质结构能。核能是蕴藏在原子核内部的物质结构能。 轻质量的原子核（氘、氚等）和重质量轻质量的原子核（氘、氚等）和重质量的原子核（铀等）核子之间的结合力比的原子核（铀等）核子之间的结合力比中等质量原子核的结合力小，这两类原中等质量原子核的结合力小，这两类原子核在一定的条件下可以通过核聚变和子核在一定的条件下可以通过核聚变和核裂变转变为在自然界更稳定的中等质核裂变转变
6、为在自然界更稳定的中等质量原子核，同时释放出巨大的结合能。量原子核，同时释放出巨大的结合能。这种结合能就是核能。这种结合能就是核能。 状态性状态性 可加性可加性 传递性传递性 转换性转换性 做功性做功性 贬值性贬值性 能量在空间上的转移，即能量的传输。能量在空间上的转移，即能量的传输。 能量在时间上的转移，即能量的储存。能量在时间上的转移，即能量的储存。能量的转换能量的转换 能量传递是有条件的，即在有能量密度能量传递是有条件的，即在有能量密度差的条件下，能量总是从能量密度大的差的条件下，能量总是从能量密度大的物质或能量集中的地方，向能量密度小物质或能量集中的地方，向能量密度小的物质或地方传递；
7、总是从集中到分散的物质或地方传递；总是从集中到分散并逐步达到平衡。并逐步达到平衡。 能量传递遵循一定的规律，即能量传递能量传递遵循一定的规律，即能量传递的速率正比于传递的动力而反比于传递的速率正比于传递的动力而反比于传递的阻力。的阻力。 能量的传递包括转移与转换两种形式。能量的传递包括转移与转换两种形式。转移是某种形态的能量从一地转移到另转移是某种形态的能量从一地转移到另一地，从一物转移到另一物；转换则是一地，从一物转移到另一物；转换则是能量由一种形态变为另一形态。能量由一种形态变为另一形态。 能量传递的途径主要有两条：由物质交能量传递的途径主要有两条：由物质交换和质量输运而携带的能量称为携带
8、能；换和质量输运而携带的能量称为携带能；在体系边界面上的能量交换称为交换能。在体系边界面上的能量交换称为交换能。 在体系边界面上的能量交换通常以两种在体系边界面上的能量交换通常以两种方法进行：传热方法进行：传热由温差引起的能量由温差引起的能量交换，这是能量传递的微观形式；做交换，这是能量传递的微观形式；做功功由非温差引起的能量交换，这是由非温差引起的能量交换，这是能量传递的宏观形式。能量传递的宏观形式。 通过能量交换而实现的能量传递，即传通过能量交换而实现的能量传递，即传热和做功，其具体方式为：传热的三种热和做功，其具体方式为：传热的三种基本方式是热传导、热对流和热辐射；基本方式是热传导、热对
9、流和热辐射；做功（这里指机械功）的三种基本方式做功（这里指机械功）的三种基本方式是容积功、转动轴功和流动功（推动是容积功、转动轴功和流动功（推动功）。功）。 能量传递的结果主要体现在两方面，即能量传递的结果主要体现在两方面，即能量使用过程中所起的作用以及能量传能量使用过程中所起的作用以及能量传递的最终去向。递的最终去向。 能量传递的最终去向通常只有两条：或能量传递的最终去向通常只有两条：或转移到产品，或散失于环境，包括直接转移到产品，或散失于环境，包括直接损失和用于过程后再进入环境这两种情损失和用于过程后再进入环境这两种情况。况。 能量传递的实质实际上就是能量利用的能量传递的实质实际上就是能量
10、利用的实质。如果把产品的使用也包括在内，实质。如果把产品的使用也包括在内，能量的最终去向只能是唯一的，即最终能量的最终去向只能是唯一的，即最终进入环境进入环境。 所谓能源，是指能够直接或经过转换而所谓能源，是指能够直接或经过转换而获取某种能量的自然资源。获取某种能量的自然资源。 自然资源包括煤、石油、天然气、太阳自然资源包括煤、石油、天然气、太阳能、风能、水能、地热能、核能等。能、风能、水能、地热能、核能等。 为了便于运输和使用，上述资源经加工为了便于运输和使用，上述资源经加工可得到一些更符合使用要求的能量来源，可得到一些更符合使用要求的能量来源，如煤气、电力、焦炭、蒸汽、沼气、氢如煤气、电力
11、、焦炭、蒸汽、沼气、氢能等。能等。 由于可被人类利用的能源多种多样，因由于可被人类利用的能源多种多样，因此有以下六种不同的分类方法：此有以下六种不同的分类方法：（1）按地球上的能量来源分）按地球上的能量来源分；（2）按被利用的程度分）按被利用的程度分；（3）按获得的方法分）按获得的方法分；（4）按能否再生分）按能否再生分；（5）按能源本身的性质分）按能源本身的性质分；（6）按对环境的污染情况分）按对环境的污染情况分。 来自于地球本身，如核能、地热能等；来自于地球本身，如核能、地热能等； 来自于地球外天体，如宇宙射线及太阳来自于地球外天体，如宇宙射线及太阳能，以及由太阳引起的水能、风能、波能，以
12、及由太阳引起的水能、风能、波浪能、海洋温差能、生物质能、光合作浪能、海洋温差能、生物质能、光合作用等；用等； 来自于地球和其他星体的相互作用，如来自于地球和其他星体的相互作用，如潮汐能。潮汐能。，如煤炭、石油、天然气、薪，如煤炭、石油、天然气、薪柴燃料、水能等；柴燃料、水能等；，如太阳能、地热能、潮汐能、，如太阳能、地热能、潮汐能、生物质能等，另外还有核能。生物质能等，另外还有核能。，即可供直接利用的能源，如，即可供直接利用的能源，如煤、石油、天然气、风能、水能等；煤、石油、天然气、风能、水能等；，即由一次能源直接或间接转，即由一次能源直接或间接转换而来的能源，如电、蒸汽、焦炭、煤换而来的能源
13、，如电、蒸汽、焦炭、煤气、氢等，它们使用方便，是高品质的气、氢等，它们使用方便，是高品质的能源。能源。，即不会随其本身的转化或，即不会随其本身的转化或人类的利用而越来越少的能源，如水能、人类的利用而越来越少的能源，如水能、风能、潮汐能、太阳能等；风能、潮汐能、太阳能等；，它随人类的利用而越来越，它随人类的利用而越来越少，如石油、煤、天然气、核燃料等。少，如石油、煤、天然气、核燃料等。（燃料能源），如石油、煤、（燃料能源），如石油、煤、天然气、地热、氢等，它们可以直接储天然气、地热、氢等，它们可以直接储存；存；（非燃料能源），如风能、（非燃料能源），如风能、水能、海流、潮汐、波浪、火山爆发、水能
14、、海流、潮汐、波浪、火山爆发、雷电、电磁能和一般热能等，它们无法雷电、电磁能和一般热能等，它们无法直接储存。直接储存。，即对环境无污染或污染很小，即对环境无污染或污染很小的能源，如太阳能、水能、海洋能等；的能源，如太阳能、水能、海洋能等；，即对环境污染较大的能源，即对环境污染较大的能源，如煤、石油等。如煤、石油等。 能源多种多样，各有优缺点，为了正能源多种多样，各有优缺点，为了正 确选择和使用能源，必须对各种能源确选择和使用能源，必须对各种能源 进行正确的评价。进行正确的评价。 储量储量 能量密度能量密度 储能的可能性与供能的连续性储能的可能性与供能的连续性 能源的地理分布能源的地理分布 开发
15、费用和利用能源的设备费用开发费用和利用能源的设备费用 运输费用与损耗运输费用与损耗 能源的可再生性能源的可再生性 能源的品位能源的品位 对环境的影响对环境的影响 人类利用能源的历史，也就是人类认识和人类利用能源的历史，也就是人类认识和征服自然的历史。征服自然的历史。 (1)火的发现和利用；火的发现和利用； (2)畜力、风力、水力等自然动力的利用；畜力、风力、水力等自然动力的利用； (3)化石燃料的开发和热的利用；化石燃料的开发和热的利用； (4)电的发现及开发利用；电的发现及开发利用； (5)原子核能的发现及开发利用。原子核能的发现及开发利用。人类社会已经历了三个能源时期：人类社会已经历了三个
16、能源时期： 薪柴时期；薪柴时期； 煤炭时期；煤炭时期； 石油时期。石油时期。 主要以薪柴等生物质燃料为主要能源的主要以薪柴等生物质燃料为主要能源的 时代，生产和生活水平极低，社会发展时代，生产和生活水平极低，社会发展 缓慢。缓慢。 18世纪，以煤炭取代薪柴作为主要能源，世纪，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，工业迅速蒸汽机成为生产的主要动力，工业迅速发展，劳动生产力增长很快。发展，劳动生产力增长很快。 19世纪，电力成为工矿企业的主要动力，世纪，电力成为工矿企业的主要动力，成为生产和生活照明的主要来源。但这成为生产和生活照明的主要来源。但这时的电力工业主要是依靠煤炭作为主要
17、时的电力工业主要是依靠煤炭作为主要燃料。燃料。 石油资源的发展，开始了能源利用的新石油资源的发展，开始了能源利用的新时期。近时期。近30年来，世界上许多国家依靠年来，世界上许多国家依靠石油和天然气，创造了人类历史上空前石油和天然气，创造了人类历史上空前的物资文明。的物资文明。 进入进入21世纪，核能将成为世界能源的主世纪，核能将成为世界能源的主角，清洁能源的时代也将随之到来。角，清洁能源的时代也将随之到来。 能源是发展社会生产和提高人民生活能源是发展社会生产和提高人民生活 水平的重要物质基础，是推动国民经水平的重要物质基础，是推动国民经 济发展的强大动力。济发展的强大动力。 经济的增长和经济发
18、展水平的提高都需经济的增长和经济发展水平的提高都需要能源来支撑，因此，能源消费与经济要能源来支撑，因此，能源消费与经济发展有着密不可分的关系。从世界能源发展有着密不可分的关系。从世界能源消费的增长趋势看，能源消费与世界经消费的增长趋势看，能源消费与世界经济发展的趋势是一致的。济发展的趋势是一致的。 世界各国经济发展的实践证明，在经济世界各国经济发展的实践证明，在经济正常发展的情况下，能源消耗总量和能正常发展的情况下，能源消耗总量和能源消耗增长速度与国民经济生产总值和源消耗增长速度与国民经济生产总值和国民经济生产总值增长率成正比例关系。国民经济生产总值增长率成正比例关系。 世界经济和能源发展的历
19、史显示，处于世界经济和能源发展的历史显示，处于工业化初期的国家，经济的增长主要依工业化初期的国家，经济的增长主要依靠能源密集型工业的发展，能源效率也靠能源密集型工业的发展，能源效率也较低，因此能源弹性系数多大于较低，因此能源弹性系数多大于1。 人们的日常生活处处离不开能源，不仅人们的日常生活处处离不开能源，不仅衣、食、住、行，而且文化娱乐、医疗衣、食、住、行，而且文化娱乐、医疗卫生等都与能源密切相关。卫生等都与能源密切相关。 目前我国一次能源消费量已超过俄罗斯，目前我国一次能源消费量已超过俄罗斯，居世界第二位，但由于人口过多，人均能居世界第二位，但由于人口过多，人均能耗水平仍很低，全面建设小康
20、社会仍然是耗水平仍很低，全面建设小康社会仍然是我国人民面临的重要任务。我国人民面临的重要任务。 19941994年年1973年和年和2002年世界硬煤产量的地区分布图年世界硬煤产量的地区分布图1973年和年和2002年世界石油产量的地区分布图年世界石油产量的地区分布图1973年和年和2002年世界天然气产量的地区分布图年世界天然气产量的地区分布图1971年和年和2001年世界一次能源供应量的地区分布图年世界一次能源供应量的地区分布图 当今世界的能源消费当今世界的能源消费仍以石油为主。仍以石油为主。1973年和年和2001年世界能源终端总消费量的构成年世界能源终端总消费量的构成1973年和年和2
21、001年世界煤炭消费的行业构成年世界煤炭消费的行业构成1973年和年和2001年世界石油消费的行业构成年世界石油消费的行业构成1973年和年和2001年世界天然气消费的行业构成年世界天然气消费的行业构成 联合国最新公布的研究结果显示，在过联合国最新公布的研究结果显示，在过去去30年中，虽然国际社会在环保领域取年中，虽然国际社会在环保领域取得了一定成绩，但全球整体环境状况持得了一定成绩，但全球整体环境状况持续恶化。国际社会普遍认为，贫困和过续恶化。国际社会普遍认为，贫困和过度消费导致人类无节制地开发和破坏自度消费导致人类无节制地开发和破坏自然资源，这是造成环境恶化的罪魁祸首。然资源，这是造成环境
22、恶化的罪魁祸首。 世界经济发展和人类赖以生存的环境是世界经济发展和人类赖以生存的环境是不协调的，经济发展和人口增长给环境不协调的，经济发展和人口增长给环境造成了巨大的压力，对发展中国家这种造成了巨大的压力，对发展中国家这种情况尤为突出。情况尤为突出。 全球环境恶化主要表现在大气和江海污全球环境恶化主要表现在大气和江海污染加剧、大面积土地退化、森林面积急染加剧、大面积土地退化、森林面积急剧减少、淡水资源日益短缺、大气层臭剧减少、淡水资源日益短缺、大气层臭氧空洞扩大、生物多样性受到威胁等多氧空洞扩大、生物多样性受到威胁等多方面，同时温室气体的过量排放导致全方面，同时温室气体的过量排放导致全球气候变
23、暖，使自然灾害发生的频率和球气候变暖，使自然灾害发生的频率和强度大幅增加。强度大幅增加。 1999年发现年发现的臭氧空洞是的臭氧空洞是有史以来观测有史以来观测到的最大一次，到的最大一次，达到达到2600万万km2的面积的面积。 2003年臭氧年臭氧空洞空洞 海平面上升与陆地淹没；海平面上升与陆地淹没； 气候带的移动；气候带的移动； 飓风的加剧飓风的加剧 ； 植被的迁徙与物种灭绝植被的迁徙与物种灭绝 ； 洋流的变化与厄尔尼诺现象；洋流的变化与厄尔尼诺现象； 雨型的改变。雨型的改变。CO2浓度浓度/106温度偏差温度偏差/C年份年份地球表面温度的历史变迁地球表面温度的历史变迁资料来源：资料来源：T
24、he Carbon Dioxide information Analysis Center. Oak Ridge National Laboratory. 1995CO2浓度浓度平均温度偏差平均温度偏差 20世纪世纪80年代中期，在南极上空发现了年代中期，在南极上空发现了，它与地球变暖及所谓的，它与地球变暖及所谓的和和问题构成全球性的大气问题构成全球性的大气环境问题，明显地危及全人类的生存和环境问题，明显地危及全人类的生存和繁衍，引起了国际社会的高度关注，使繁衍，引起了国际社会的高度关注，使当今的世界环境问题具有明显的时代特当今的世界环境问题具有明显的时代特征。征。世界十大严重污染城市中国占：
25、个7因二氧化硫排放，每年经济损失1126亿元(世界银行统计超过5000亿元)!占全国排放比例占全国排放比例：燃煤污染物燃煤污染物S O2： 8 5 % CO2 ：85%NOx：60% 粉尘：粉尘：70%年份年份 年日均值(mgm-3)超标倍数年日均值(mgm-3)超标倍数宜宾0.619.17贵阳0.4346.230.4356.25南方南方重庆0.436.170.365南充0.314.17石家庄0.2743.570.2613.35青岛0.2483.13北方北方太原0.2430.2473.12大同0.1291.150.2072.45城城 市市 年年 度度1987年年1988年年 城市城市东 京东
26、京横 滨横 滨川 崎川 崎四 日四 日北 京北 京上 海上 海重 庆重 庆贵 阳贵 阳年 日年 日均 值均 值0.1720.172 0.1290.129 0.2190.219 0.2320.232 0.1150.1150.120.120.360.360.4350.435测 定测 定时 间时 间日 本日 本中 国中 国1967年1967年1988年1988年01000200030004000200020102020203020402050 不加治理治理用传统技术治理用革新方法 完全理想境界年份年份SO2排放量排放量/万万t 最近几十年来，地球日益变暖。最近几十年来，地球日益变暖。 地球为什么会变
27、暖？地球为什么会变暖？ 是由于人类大量使用能源而是由于人类大量使用能源而 放出的热量使地球变暖的吗？放出的热量使地球变暖的吗？ 人类一年使用的全部能源为人类一年使用的全部能源为80亿亿t 石油，石油，相当于相当于33 1016 kJ的热量的热量 如果把这些热量全部用于加热海洋，仅如果把这些热量全部用于加热海洋，仅仅可以使海水温度上升仅可以使海水温度上升，即加热，即加热1万年万年，海水温度也只上升，海水温度也只上升到到1。 人类使用能源一天所放出的热量人类使用能源一天所放出的热量 0.1 1016kJ； 地球一天从太阳获得的热量地球一天从太阳获得的热量 1500 1016kJ。 太阳射向地球的光
28、约太阳射向地球的光约1/3被云层、冰粒和被云层、冰粒和空气分子反射回去；空气分子反射回去； 约约25穿过大气层时暂时被大气吸收起穿过大气层时暂时被大气吸收起到增温作用，但以后又返回到太空；到增温作用，但以后又返回到太空； 其余的大约其余的大约37则被地球表面吸收。这则被地球表面吸收。这些被吸收的太阳辐射能大部分在晚间又些被吸收的太阳辐射能大部分在晚间又重新发射到天空。重新发射到天空。如果这部分热量遇如果这部分热量遇到了阻碍，不能全到了阻碍，不能全部被反射出去，地部被反射出去，地球表面的温度就会球表面的温度就会升高。升高。 CO2不吸收短波，只吸收长波，于是，地不吸收短波，只吸收长波，于是，地球
29、表面吸收的太阳辐射就散不出去，从而球表面吸收的太阳辐射就散不出去，从而使地表温度升高，地球变暖。使地表温度升高，地球变暖。 像像CO2这类会使地球变暖的气体就称为温这类会使地球变暖的气体就称为温室气体，温室气体还包括水蒸气、室气体，温室气体还包括水蒸气、SO、甲甲烷、氟利昂等。烷、氟利昂等。 由于人类由于人类使用化石使用化石燃料，其排放出的燃料，其排放出的等温室气体对辐射的选等温室气体对辐射的选择择 性和吸收特性是地球性和吸收特性是地球变暖的主要原因。变暖的主要原因。/10-6/C年份年份年份年份Parts per million/10-6Temp. anomary/C 地球表面变暖，在远离赤
30、道的地方变化最显著。地球表面变暖，在远离赤道的地方变化最显著。 虽然某些地区由于蒸发迅速和风型改变会变得虽然某些地区由于蒸发迅速和风型改变会变得更干燥，但全球降雨量增加。更干燥，但全球降雨量增加。 沿海岸的亚热带出现更潮湿的季风。沿海岸的亚热带出现更潮湿的季风。 在高海拔和高纬度地区更频繁地出现更大的风在高海拔和高纬度地区更频繁地出现更大的风雪。雪。 在内地，大陆中部地区出现较早的雪融和潮湿在内地，大陆中部地区出现较早的雪融和潮湿的春季，夏季漫长且来得早，干旱更加频繁。的春季，夏季漫长且来得早，干旱更加频繁。 在高纬度地区，农业条件会更好些。在高纬度地区，农业条件会更好些。 由于海水的边界向北
31、移动，因此海洋冰量减少。由于海水的边界向北移动，因此海洋冰量减少。 沿海海平面每世纪上升几英尺。沿海海平面每世纪上升几英尺。 飓风更频繁、更强大，并向高纬度地区扩展。飓风更频繁、更强大，并向高纬度地区扩展。 森林火灾更频繁、更严重。森林火灾更频繁、更严重。 大量物种迅速灭绝。大量物种迅速灭绝。 由于气候的原因，人口死亡率增加。由于气候的原因，人口死亡率增加。Sea level rise/mYear 提高能源的利用率，减少化石燃料的消提高能源的利用率，减少化石燃料的消耗量，大力推广节能新技术；耗量，大力推广节能新技术； 开发不产生开发不产生CO2的新能源，如核能、太的新能源，如核能、太阳能、地热
32、能、海洋能；阳能、地热能、海洋能； 推广植树绿化，限制森林砍伐，制止对推广植树绿化，限制森林砍伐，制止对热带森林的破坏；热带森林的破坏； 减慢世界人口增长速度，在农村发展减慢世界人口增长速度，在农村发展“能源农场能源农场”，一方面利用种植薪柴树，一方面利用种植薪柴树木通过光合作用固定木通过光合作用固定CO2，另一方面燃，另一方面燃烧薪柴比燃用化石燃料产生的烧薪柴比燃用化石燃料产生的CO2要少要少得多；得多； 采用天然气等低含碳燃料，大力发展氢采用天然气等低含碳燃料，大力发展氢能。能。 简单地说，酸雨就是酸性的雨。简单地说，酸雨就是酸性的雨。 被大气中存在的酸性气体污染被大气中存在的酸性气体污染
33、,pH小于小于5.65的雨叫的雨叫。 pH小于小于5.65的雪叫的雪叫。 在高空或高山在高空或高山(如峨眉山如峨眉山)上弥漫的雾上弥漫的雾,pH小于小于5.65时叫时叫。 现代工业、农业和交通排放更大量，种现代工业、农业和交通排放更大量，种类更多的污染物类更多的污染物(包括酸碱性物质包括酸碱性物质),且与且与尘埃一起升到高空，与天上的水蒸气相尘埃一起升到高空，与天上的水蒸气相遇，就会形成硫酸或硝酸液滴，使雨水遇，就会形成硫酸或硝酸液滴，使雨水酸化。这时，落到地面的雨水就成了酸酸化。这时，落到地面的雨水就成了酸雨。雨。 高硫煤和石油燃烧产生的高硫煤和石油燃烧产生的SO2和和NOx是造是造成酸雨的
34、主要祸首。成酸雨的主要祸首。 造成雨水酸化之污染物很多，其污染来造成雨水酸化之污染物很多，其污染来源大致可分源大致可分为两类为两类： 一类为一类为自然物自然物质，质，另一类为另一类为人为物人为物质。前者如火山爆质。前者如火山爆发喷发喷出出的大量硫化物及的大量硫化物及悬浮悬浮固固体物，自然水体物，自然水域表面域表面释放的释放的硫化硫化氢，氢，动植物分解动植物分解产生产生的有的有机酸，土壤微生物及海藻机酸，土壤微生物及海藻释放的释放的硫硫化氢、二甲基硫及氮化物等，都会使雨化氢、二甲基硫及氮化物等，都会使雨水水的的pH降至降至5.0左右左右。 后者则为工业化后者则为工业化后，燃料的大量使用，后，燃料
35、的大量使用，燃烧过程中燃烧过程中产生产生CO、 HCl、SO2、NOx及及悬浮悬浮固固体物，排放至大气环境中，经体物，排放至大气环境中，经光化光化学反学反应生成硫酸、硝酸等酸性物质应生成硫酸、硝酸等酸性物质使得雨水使得雨水的的pH降低，形成酸雨。降低，形成酸雨。湿沉降湿沉降干沉降干沉降自然来源自然来源人人 为为 来来 源源酸化污染物酸化污染物导致森林成片死亡，因为酸雨会损坏植物叶导致森林成片死亡，因为酸雨会损坏植物叶面和根部。面和根部。使湖泊酸化，湖中鱼虾绝迹。使湖泊酸化，湖中鱼虾绝迹。破坏农田的土壤成分，使农作物减产甚至死破坏农田的土壤成分，使农作物减产甚至死亡。亡。造成地下水酸化，引起对人
36、体的危害。造成地下水酸化，引起对人体的危害。腐蚀建筑物和工业设备，造成重大的经济损腐蚀建筑物和工业设备，造成重大的经济损失。失。对露天文物起腐蚀作用，加速文物资源的破对露天文物起腐蚀作用，加速文物资源的破坏甚至毁灭。坏甚至毁灭。 酸雨因酸雨因pH太低，造成泥土及岩石中的有太低，造成泥土及岩石中的有毒金属元素溶解，流入地下水及河流中，毒金属元素溶解，流入地下水及河流中，使水中动物如鱼类等大量死亡。水生植物使水中动物如鱼类等大量死亡。水生植物和以河水灌溉的农作物，因累积有毒金属，和以河水灌溉的农作物，因累积有毒金属，将经由食物链进入人体，影响人类的健康，将经由食物链进入人体，影响人类的健康，这就是
37、累积作用这就是累积作用（concentration effect）。）。 在欧洲和北美洲，酸雨所引起的湖泊酸在欧洲和北美洲，酸雨所引起的湖泊酸化情形十分严重。瑞典化情形十分严重。瑞典85000个湖泊，其个湖泊，其中约中约20000个已受到酸雨的影响。挪威有个已受到酸雨的影响。挪威有265个湖泊已经没有鱼虾；而加拿大已有个湖泊已经没有鱼虾；而加拿大已有400个个“死湖死湖”，以前有鲑鱼的河川，现，以前有鲑鱼的河川，现在都看不到鲑鱼的踪影了。在都看不到鲑鱼的踪影了。 pH影响影响65.55.04.0食物的基本种类相继死去，例如，鱼类食物的基本种类相继死去，例如，鱼类的重要食物来源无法在此酸碱值下生
38、存。的重要食物来源无法在此酸碱值下生存。鱼类不能繁殖。鱼类不能繁殖。幼鱼很难存活。幼鱼很难存活。因为缺少营养造成很多畸形的成鱼。因为缺少营养造成很多畸形的成鱼。鱼类因窒息而死。鱼类因窒息而死。鱼群会相继死去鱼群会相继死去假如有生物存活，将与之前的生物种类假如有生物存活，将与之前的生物种类不相同。不相同。 酸雨会影响农作物的叶片，酸可以溶解酸雨会影响农作物的叶片，酸可以溶解叶表皮上的腊质，使植物的水分更易流叶表皮上的腊质，使植物的水分更易流失；同时土壤中的金属矿物因被酸雨溶失；同时土壤中的金属矿物因被酸雨溶解，造成矿物质流失，植物无法获得足解，造成矿物质流失，植物无法获得足够的养分。够的养分。
39、左图为叶子受酸雨危害的情形；右图为显微镜观察到的叶子內部的组织 酸雨除危害农作物之外，也危害森林，酸雨除危害农作物之外，也危害森林，如阿尔卑斯山和西德黑森林，瑞士、英如阿尔卑斯山和西德黑森林，瑞士、英国等的森林中，半数以上的树木呈枯黄，国等的森林中，半数以上的树木呈枯黄，枝叶凋落。在加拿大魁北克，在受损严枝叶凋落。在加拿大魁北克，在受损严重的山区，绝大部分的树木已经枯萎。重的山区，绝大部分的树木已经枯萎。另外，美国的针叶林也遭受伤害。另外，美国的针叶林也遭受伤害。 酸雨腐蚀建筑物、公共设施、古迹和金属物酸雨腐蚀建筑物、公共设施、古迹和金属物质，造成人类经济、财物及文化遗产的损失。质，造成人类经
40、济、财物及文化遗产的损失。酸雨对希腊神殿，罗马遗迹和西德大教堂等酸雨对希腊神殿，罗马遗迹和西德大教堂等历史性建筑遗迹也有很大影响。历史性建筑遗迹也有很大影响。 酸雨对人体也有不良的影响。如可引起酸雨对人体也有不良的影响。如可引起眼睛和皮肤疼痛，甚至脱发。眼睛和皮肤疼痛，甚至脱发。 酸雨污染对人类最严重的酸雨污染对人类最严重的 影响就是导致呼吸方面影响就是导致呼吸方面 问题。二氧化硫和二氧问题。二氧化硫和二氧 化氮会引起呼吸系统的化氮会引起呼吸系统的 疾患，如哮喘、干咳、疾患，如哮喘、干咳、 鼻子和咽喉过敏等。鼻子和咽喉过敏等。Number of deaths by cause1989 在我国覆
41、盖四川、贵州、广东、广西、在我国覆盖四川、贵州、广东、广西、湖南、湖北、江西、浙江、江苏和青岛湖南、湖北、江西、浙江、江苏和青岛等省市部分地区，等省市部分地区， 面积达面积达200多万平方多万平方千米的酸雨区是世界三大酸雨区之一。千米的酸雨区是世界三大酸雨区之一。 制订酸雨和制订酸雨和SO2污染控制区综合防治规划。污染控制区综合防治规划。 限制高硫煤，洗煤，型煤。限制高硫煤，洗煤，型煤。 调整能源结构，削减调整能源结构，削减SO2排放总量。排放总量。 做好做好SO2排污收费工作，运用经济手段促排污收费工作，运用经济手段促进治理。进治理。 强化控制区环境监督管理。强化控制区环境监督管理。 美国宇
42、航局宣布，南极上空的臭氧层空美国宇航局宣布，南极上空的臭氧层空洞面积洞面积08年月曾达到万年月曾达到万km2 ，为有记录以来面积第五大的臭氧层空洞为有记录以来面积第五大的臭氧层空洞 。年，该空洞面积一度达到年，该空洞面积一度达到万万km2的历史最高纪录的历史最高纪录 。 近几十年来，由于人类大量使用含氯、近几十年来，由于人类大量使用含氯、氟等元素的化学合成物质作为制冷剂，氟等元素的化学合成物质作为制冷剂，导致臭氧空洞的出现和不断扩大。导致臭氧空洞的出现和不断扩大。 氯氟烃释放到大气中，再上升到高空时，氯氟烃释放到大气中，再上升到高空时，会分解出氯原子。自由的氯原子遇上臭会分解出氯原子。自由的氯
43、原子遇上臭氧分子后，会夺走臭氧分子氧分子后，会夺走臭氧分子O3中的一个中的一个氧原子，使之变成为普通的氧分子氧原子，使之变成为普通的氧分子O2。每一个氯原子可以把上万个臭氧分子变每一个氯原子可以把上万个臭氧分子变成普通氧分子。实验数据显示，平均每成普通氧分子。实验数据显示，平均每一个氯原子可以消灭一个氯原子可以消灭1万个臭氧分子，其万个臭氧分子，其威力惊人威力惊人。 其结果是高空中由臭氧分子组成的臭氧其结果是高空中由臭氧分子组成的臭氧层就被大大损耗，导致了臭氧层变薄，层就被大大损耗，导致了臭氧层变薄，甚至出现臭氧空洞。甚至出现臭氧空洞。 根据调查显示，自根据调查显示，自 1978年开始的年开始
44、的10年内，年内，全球各纬度平流层的全球各纬度平流层的 臭氧含量降低约臭氧含量降低约 1.2%至至10%不等，南极上空则是臭氧被不等，南极上空则是臭氧被破坏最严重的区域，甚至在春季期间更破坏最严重的区域，甚至在春季期间更会出现所谓的会出现所谓的“臭氧空洞臭氧空洞”。 南极上空的臭氧层是在南极上空的臭氧层是在20亿年的漫长岁亿年的漫长岁月中形成的，可是仅在一个世纪里就被月中形成的，可是仅在一个世纪里就被破坏了破坏了60。 目前全球臭氧层削减率正以每年目前全球臭氧层削减率正以每年2%至至3%的速度在进行，如果任其发展，在的速度在进行，如果任其发展，在21世纪末，平流层臭氧含量将降至目前的世纪末，平
45、流层臭氧含量将降至目前的一半以上，届时，人类将会面临一场空一半以上，届时，人类将会面临一场空前的浩劫前的浩劫 ! 历年的南极臭氧 地球上的生物能在陆地上生活，是因为地球上的生物能在陆地上生活，是因为集中在平流层中的臭氧对于阳光中的紫集中在平流层中的臭氧对于阳光中的紫外线具有隔除的作用，如果没有臭氧层，外线具有隔除的作用，如果没有臭氧层，进入大气层的紫外线就很容易被细胞核进入大气层的紫外线就很容易被细胞核吸收，破坏生物的遗传物质吸收，破坏生物的遗传物质DNA ，陆地，陆地上的生物便无法存在了。而这个臭氧层上的生物便无法存在了。而这个臭氧层目前正受到人类持续不断的破坏。目前正受到人类持续不断的破坏
46、。 据科学研究，臭氧减少据科学研究，臭氧减少10%，紫外线可，紫外线可能增加能增加20%，皮肤癌患者可能增加，皮肤癌患者可能增加30%，此外还会产生下列几种现象此外还会产生下列几种现象:(1)白内障罹患率增加；白内障罹患率增加；(2)免疫系统受到抑制；免疫系统受到抑制；(3) 谷物的收成减少，品质降低，植物和谷物的收成减少，品质降低，植物和 浮游生物减少，破坏自然界的生物链；浮游生物减少，破坏自然界的生物链； (4)塑料、橡胶制品加速老化；塑料、橡胶制品加速老化；(5)紫外线直射会引起对流层臭氧的增紫外线直射会引起对流层臭氧的增 加，致使产生光化学烟雾，造成空加，致使产生光化学烟雾，造成空 气
47、污染。气污染。 目前，最早使用目前，最早使用CFCs的的24个发达国家已个发达国家已于于1985年和年和1987年分别签署了限制使用年分别签署了限制使用CFCs的的维也纳公约维也纳公约和和蒙特利尔议蒙特利尔议定书定书。1993年年2月，中国政府批准了月，中国政府批准了中国消耗臭氧层物质逐步淘汰方案中国消耗臭氧层物质逐步淘汰方案，确定在确定在2010年完全淘汰消耗臭氧层物质。年完全淘汰消耗臭氧层物质。 人类尚未找到对已被破坏的臭氧层进行人类尚未找到对已被破坏的臭氧层进行补救的措施，但全世界正努力限制和停补救的措施，但全世界正努力限制和停止对消耗臭氧层物质的生产和使用。另止对消耗臭氧层物质的生产和
48、使用。另一方面，人类正努力开发无害的制冷剂、一方面，人类正努力开发无害的制冷剂、发泡剂等。任何关心保护臭氧层的普通发泡剂等。任何关心保护臭氧层的普通人都可以通过选择对臭氧层无害的消费人都可以通过选择对臭氧层无害的消费品，来参与保护臭氧层行动品，来参与保护臭氧层行动。 热污染热污染是指日益现代化的工是指日益现代化的工农业农业生生产和产和人类生活中排放的各人类生活中排放的各种废热种废热所所造成的造成的环环境境污染。污染。 热污染可以污染大气和水。热污染可以污染大气和水。 火力火力发电厂发电厂、核电站核电站和和钢铁厂钢铁厂的的冷却系冷却系统排统排出的热水以及石油、化工、出的热水以及石油、化工、造纸造
49、纸等等工厂排出的生工厂排出的生产性产性废水中均含有大量废水中均含有大量废废热热。 热污染首当其冲的受害者是水生生物。热污染首当其冲的受害者是水生生物。由于水温升高，使水中溶解氧减少，水由于水温升高，使水中溶解氧减少，水体处于缺氧状态，同时又使水生生物代体处于缺氧状态，同时又使水生生物代谢率增高而需要更多的氧，造成一些水谢率增高而需要更多的氧，造成一些水生生物在热效力作用下发育受阻或死亡，生生物在热效力作用下发育受阻或死亡，从而影响环境和生态平衡。从而影响环境和生态平衡。 河水水温上升给一些致病微生物造成一河水水温上升给一些致病微生物造成一个人工温床，使它们得以滋生、泛滥，个人工温床，使它们得以
50、滋生、泛滥，引起疾病流行，危害人类健康。引起疾病流行，危害人类健康。 随着人口和耗能量的增长，城市排入大随着人口和耗能量的增长，城市排入大气的热量日益增多。按照热力学定律，气的热量日益增多。按照热力学定律，人类使用的全部能量终将转化为热，传人类使用的全部能量终将转化为热，传入大气，逸向太空。入大气，逸向太空。 使地面反射太阳热能的反射率增高，吸使地面反射太阳热能的反射率增高，吸收太阳辐射热减少，沿地面空气的热减收太阳辐射热减少，沿地面空气的热减少，上升气流减弱，阻碍云雨形成，造少，上升气流减弱，阻碍云雨形成，造成局部地区干旱，影响农作物生长，使成局部地区干旱，影响农作物生长，使土壤沙化。土壤沙
