第5讲 全球环境问题

1、第第5 5章章 全球环境问题全球环境问题 太阳辐射波分布（m）一、地球系统的能量平衡一、地球系统的能量平衡一、地球系统的能量平衡一、地球系统的能量平衡第一节 气候变化45%25%地球表面吸收的热量地球表面吸收的热量大气吸收的热量大气吸收的热量70%大气层和地球表大气层和地球表层散失的热量层散失的热量太太阳阳辐辐射射100%地球反射的热量地球反射的热量30% 人类活动对全球气候的影人类活动对全球气候的影响会通过温室气体的变化反映响会通过温室气体的变化反映出来。出来。 温室气体的存在的两面性温室气体的存在的两面性: 温室气体对于地球红外辐射温室气体对于地球红外辐射的吸收对于维持地球生物最适宜的环的

2、吸收对于维持地球生物最适宜的环境温度具有重要意义境温度具有重要意义(天然温室效应天然温室效应)。 人类对于能源的过度使用和人类对于能源的过度使用和自然资源的过度开发造成的温室气体自然资源的过度开发造成的温室气体浓度迅速增加，使得温室效应不断强浓度迅速增加，使得温室效应不断强化，引起全球气候的改变化，引起全球气候的改变(人为温室人为温室效应效应)。二、人类活动对气候变化的影响二、人类活动对气候变化的影响 大气层中的水蒸气和一些其他其他包括二氧化碳、甲烷和氟氯化碳能够吸收地表辐射的长波辐射，从而使辐射向太空的热量减少，并增加地球表层和对流层的温度，这种捕获热量的效应称为温室效应。二、人类活动对气候

3、变化的影响二、人类活动对气候变化的影响温室效应温室效应温室气体温室气体温室气体温室气体源源汇汇对气候的影响对气候的影响大气寿命大气寿命a二氧化碳二氧化碳（CO2）（1）燃料（2）改变土地的使用（砍伐森林）（1）被海洋吸收（2）光合作用吸收红外辐射，影响大气平流层中O3的浓度50200甲烷甲烷（CH4）（1）生物体燃烧（2）动物的反刍（3）水稻（1）和OH起化学作用（2）被土壤中的微生物摄取吸收红外辐射，影响对流层中O3的和OH的浓度，产生CO212氧化亚氮氧化亚氮（N2O）（1）生物体燃烧（2）燃料（3）化肥（1）被土壤吸取（2）在大气中被光分解以及和O起化学反应吸收红外辐射，影响大气平流层中

4、O3的浓度120臭氧臭氧（O3）光线令O2产生光化学反应与NOX、ClOX及HOX等化合物的催化反应吸收紫外光和红外辐射氟里昂及氟里昂及替代物替代物（CFCS）工业生产在对流层不易分解，但在平流层中会被光线分解和跟O产生化学反应吸收红外辐射，影响大气平流层中O3的浓度CFC-11：50HCFC-22：12CHF3：264颗粒物颗粒物（1）火山活动（2）煤及生物体的燃烧干和湿沉降形成悬浮粒子散射太阳光几天 气候变化的原因气候变化的原因全球变暖潜势全球变暖潜势 为了评价大气中各种温室气体对气候变化影响的相对能力，为了评价大气中各种温室气体对气候变化影响的相对能力，国际上采用国际上采用“全球变暖潜势

5、全球变暖潜势”（Global Warming Potential, GWM）作为参数加以考察作为参数加以考察）的累积辐射强迫体（同一时间范围内参考气气体的累积辐射强迫给定时间范围内某温室2COGWM浓度浓度COCO2 2(ppmv)(ppmv)温度距平温度距平( () )年距今年距今人类活人类活动扰动动扰动目前的目前的COCO2 2浓度是浓度是4242万年来的最大值。万年来的最大值。南极东方站测量的大气南极东方站测量的大气COCO2 2浓度变化浓度变化（IPCC，2001）工业化（工业化（1750年）以来，大气中温室气体明显增加。年）以来，大气中温室气体明显增加。100012001400160

6、018002000280300320340360浓度浓度(ppmv)CO2南极南极Law DomeLaw Dome冰芯资料显示的近冰芯资料显示的近10001000年大气年大气COCO2 2浓度浓度年年夏威夷夏威夷Mauna LoaMauna Loa观象台观象台测量的大气测量的大气COCO2 2浓度变化浓度变化380380310310320320330330340340350350360360370370196019601970197019801980199019902000200020032003年年5 5月已达到月已达到379ppmv379ppmv。COCO2 2浓度浓度20062006年已

7、达到年已达到382.49ppmv382.49ppmv。过去。过去1010年中大年中大气气COCO2 2浓度以浓度以1.8ppmv/1.8ppmv/年年 的速率增长，而过去的速率增长，而过去5050年平均仅为年平均仅为1ppmv/1ppmv/年。年。CO2浓度浓度(ppmv)平流层下部对流层中上部对流层下部地表大气气温各层的变化三、全球气候变化可能造成的影响三、全球气候变化可能造成的影响 对自然的影响对自然的影响 气候转变气候转变全球变暖全球变暖 政府政府间气候变化专门委员会（间气候变化专门委员会（IPCC）的评估报告表明全球的评估报告表明全球地面平均气温会在地面平均气温会在2100年上升年上升

8、1.4至至5.8 海平面升高海平面升高 一种是海水受热膨胀使水面升高，另外就是固体水源（冰一种是海水受热膨胀使水面升高，另外就是固体水源（冰盖及冰川）的溶解，预期到盖及冰川）的溶解，预期到2100年平均海平面上升年平均海平面上升0.09至至0.88米。米。 20092009年年1111月月2424日发布的日发布的哥本哈根诊断哥本哈根诊断报告则指出，到报告则指出，到21002100年全球气温可能上升年全球气温可能上升7 7 ，海平面可能上升，海平面可能上升1 1米以上。米以上。 世界自然基金委员会发表的另一份报告称，到世界自然基金委员会发表的另一份报告称，到20502050年，全年，全球海平面将

9、上升球海平面将上升5050厘米。厘米。-50% -40% -30% -20% -10% 0 10% 20% 30% 40% 50%1900190020002000年全球年降水量的变化趋势年全球年降水量的变化趋势“卡特里娜飓风在经过美国佛罗里达南端的时候，才只有卡特里娜飓风在经过美国佛罗里达南端的时候，才只有3 3级，但一进入墨西级，但一进入墨西哥湾，立刻上升为哥湾，立刻上升为5 5级，风力达级，风力达1717级以上，破坏力猛增到最强档，原因是墨级以上，破坏力猛增到最强档，原因是墨西哥湾的海水因为受气候变化的影响，变得非常暖和。西哥湾的海水因为受气候变化的影响，变得非常暖和。” 新奥尔良市瞬间变

10、成一片泽国新奥尔良市瞬间变成一片泽国联合国政府间气候变化问题研究小组2007年警告说，全球海平面至2100年可能升高0.18米至0.59米。届时，马尔代夫、基里巴斯、图瓦卢等岛国将面临被淹没的危险。为避免遭受“灭顶之灾”，各岛国纷纷打响生存保卫战。图瓦卢图瓦卢唯一的唯一的主干道主干道被淹没被淹没马尔代夫的一个旅游岛一角马尔代夫的一个旅游岛一角20072007年春夏，重庆、四川等地遭遇严年春夏，重庆、四川等地遭遇严重旱情，数百万人饮水困难重旱情，数百万人饮水困难。 2009 2009年冬至今年春夏，西年冬至今年春夏，西南地区及广西等地再发生严南地区及广西等地再发生严重旱灾。重旱灾。2007年8月

11、，希腊接连发生170场山林大火，火灾面积占希腊国土一半以上 大火逼近奥林匹亚遗址据测算，格陵兰岛的冰盖约为据测算，格陵兰岛的冰盖约为260260万立方千万立方千米，目前正在以每年米，目前正在以每年100100至至150150立方千米的立方千米的速度消融。速度消融。 阿根廷冰川大规模坍塌阿根廷冰川大规模坍塌第二节 臭氧层破环一、臭氧层一、臭氧层 距离地球表面距离地球表面15-25km的平流层中保存了大气中的平流层中保存了大气中90的臭的臭氧，我们将这一层高浓度的臭氧称为氧，我们将这一层高浓度的臭氧称为“臭氧层臭氧层”生成机制：生成机制：322OOOOO240nm)(hO消耗机制：消耗机制：233

12、Oh2O途径一：光解反应途径一：光解反应途径二途径二：催化反应催化反应23223O2OOOYOYOOYOOYY奇氮奇氮(NO，NO2)，奇氢奇氢(OH，HO2)和奇氯和奇氯(Cl，ClO)二、臭氧层破坏二、臭氧层破坏臭氧洞：臭氧洞：臭氧臭氧的柱浓度小于的柱浓度小于200D.U.，即臭氧即臭氧的浓度较臭氧洞的浓度较臭氧洞发生前减少超过发生前减少超过30%的区域的区域发现过程：发现过程：1985年，英国科学家首次发现，南极上空在年，英国科学家首次发现，南极上空在9至至10月平月平均臭氧含量减少均臭氧含量减少50左右，并周期性出现。左右，并周期性出现。发生区域：发生区域：南北两极及中高纬度地区南北两

13、极及中高纬度地区三、臭氧层破坏的原因三、臭氧层破坏的原因 对流层空气向平流层传输对臭氧浓度的稀释作用对流层空气向平流层传输对臭氧浓度的稀释作用 宇宙射线导致高空生成氮氧化物的结果宇宙射线导致高空生成氮氧化物的结果 人工合成的一些含氯和含溴的物质与臭氧发生催化人工合成的一些含氯和含溴的物质与臭氧发生催化化学过程化学过程 最典型的对臭氧层具有破坏作用的人工合成物质最典型的对臭氧层具有破坏作用的人工合成物质氟氯碳化合物即氟里昂（氟氯碳化合物即氟里昂（CFCs)和含溴化合物哈龙（和含溴化合物哈龙（Halons） 大气中大气中CFCs和和Halons通常以化学惰性的形态（如通常以化学惰性的形态（如ClO

14、NO2和和HCl）存在存在322322HNOHOClOHClONOHNOClHClClONO Cl2和和HOCl极易在紫外线照射下发生光解，形成高活性自由极易在紫外线照射下发生光解，形成高活性自由基基原子态的氯，这是破坏臭氧层的主要物质原子态的氯，这是破坏臭氧层的主要物质223OClOClOOClOOCl 同时氯原子自由基和溴原子自由基之间还存在协同作用，即二同时氯原子自由基和溴原子自由基之间还存在协同作用，即二者同时存在时对臭氧的破坏能力要大于两者简单的加和者同时存在时对臭氧的破坏能力要大于两者简单的加和臭氧损耗潜势臭氧损耗潜势 为了评估各种臭氧层损耗物质对全球臭氧破坏的相对能力，一为了评估

15、各种臭氧层损耗物质对全球臭氧破坏的相对能力，一般采用般采用“臭氧损耗潜势臭氧损耗潜势”（Ozone Depletion Potential, ODP）作为作为参数参数引起的全球臭氧减少单位质量的引起的全球臭氧减少单位物质11OCFCXDP四、臭氧层破坏的后果四、臭氧层破坏的后果 臭氧层的耗减产生的直接结果臭氧层的耗减产生的直接结果就是使太阳光中的紫外线就是使太阳光中的紫外线UV-B达到达到地面的数量增加地面的数量增加 通常认为臭氧浓度降低通常认为臭氧浓度降低1%，UV-B辐射量增加辐射量增加1 .52% 适量的紫外线照射对人体的健适量的紫外线照射对人体的健康是有益的，它能增强交感肾上腺康是有益

16、的，它能增强交感肾上腺机能，提高免疫能力，促进磷钙代机能，提高免疫能力，促进磷钙代谢，增强人体对环境污染物的抵抗力谢，增强人体对环境污染物的抵抗力 但是长期反复照射过量紫外线将引起细胞内的但是长期反复照射过量紫外线将引起细胞内的 DNA改变，细胞的改变，细胞的自身修复能力减弱，免疫机能减退，皮肤发生弹性组织变性、角质自身修复能力减弱，免疫机能减退，皮肤发生弹性组织变性、角质化以至皮肤癌变，诱发眼球晶体发生白内障等化以至皮肤癌变，诱发眼球晶体发生白内障等第三节 生物多样性锐减一、生物多样性定义一、生物多样性定义 生物多样性（生物多样性（biological diversity,或缩写为或缩写为b

17、iodiversity）. 美国技术评估局（美国技术评估局（OTA）（）（1987）“生命有机体及其赖以生存的生命有机体及其赖以生存的生态综合体之间的多样性和变异性生态综合体之间的多样性和变异性”。 Fiedler和和Jain在在Conservation Biology（1992）“生命有机体、生命有机体、生命有机体全体以及它们生存的生态综合体之内和之间的多样性和变生命有机体全体以及它们生存的生态综合体之内和之间的多样性和变异性的总和异性的总和”生态系统多样性（生物群落和生境的多样性）物种多样性（动物、植物、微生物物种的丰富度）遗传多样性（存在于生物个体内、单个物种内以及物种之间的基因多样性生

18、物多样性的三层次生物多样性的三层次二、生物多样性的意义二、生物多样性的意义 生物多样性对于人类生存和发展具有巨大的价值生物多样性对于人类生存和发展具有巨大的价值 生物多样性是人类赖以生存的各种生命资源的汇集和未来农林业、医药业生物多样性是人类赖以生存的各种生命资源的汇集和未来农林业、医药业发展的基础，为人类提供了食物、能源、材料等基本需求发展的基础，为人类提供了食物、能源、材料等基本需求 生物多样性的生态功能价值也是巨大的生物多样性的生态功能价值也是巨大的 生物多样性在自然界中维系能量的流动、净化环境、改良土壤、涵养水源生物多样性在自然界中维系能量的流动、净化环境、改良土壤、涵养水源及调节小气

19、候等多方面发挥着重要的作用及调节小气候等多方面发挥着重要的作用 千姿百态的生物给人以美的享受，是艺术创造和科学发明的千姿百态的生物给人以美的享受，是艺术创造和科学发明的源泉源泉三、生物多样性的危机三、生物多样性的危机 物种受威胁等级的划分：物种受威胁等级的划分：两级法和六级法两级法和六级法 两级法：两级法：我国国家重点保护动物划分的标准我国国家重点保护动物划分的标准 级：级：指我国特产稀有或濒于绝灭的野生动物指我国特产稀有或濒于绝灭的野生动物 级：级：指数量稀少，分布地区狭窄，有绝灭危险的野生动物指数量稀少，分布地区狭窄，有绝灭危险的野生动物 六级法：六级法：世界自然保护联盟（世界自然保护联盟

20、（IUCN）在其著名的红皮书在其著名的红皮书中对受危物种的分级方法中对受危物种的分级方法 灭绝种：灭绝种：一个物种在野外肯定有一个物种在野外肯定有50年没有被发现年没有被发现 濒危种：濒危种：随时可灭绝的种类，包括数量和栖息地面积随时可灭绝的种类，包括数量和栖息地面积 的减少都可引起的减少都可引起灭绝灭绝 易危种：易危种：如果致危因素继续存在，很快可成为濒危种的类群如果致危因素继续存在，很快可成为濒危种的类群 稀有种：稀有种：指数量很少的物种，但现在还不属濒危种指数量很少的物种，但现在还不属濒危种 未定种：未定种：可能灭绝，但是无法确定是否属于灭绝种、濒危种、易危种可能灭绝，但是无法确定是否属

21、于灭绝种、濒危种、易危种还是稀有种还是稀有种四、生物多样性丧失的现状四、生物多样性丧失的现状 生物灭绝的速度不断加快生物灭绝的速度不断加快 据推算，农业社会出现后，平均每年消失一种植物，近一百年，平均据推算，农业社会出现后，平均每年消失一种植物，近一百年，平均每年消失种植物。每年消失种植物。 大量物种遭受灭绝的威胁大量物种遭受灭绝的威胁 物种类群物种类群 濒危物种数量濒危物种数量 植物植物 19078 无脊椎动物无脊椎动物 1355 鱼类鱼类 343 两栖类两栖类 50 爬行类爬行类 170 鸟类鸟类 1037 哺乳类哺乳类 497 生态系统的大量退化和生态系统的大量退化和瓦解瓦解 热带雨林仅

22、占地球陆地面积的热带雨林仅占地球陆地面积的7%，估计世界上，估计世界上50%的物种分的物种分布在其中，但是目前热带雨林正布在其中，但是目前热带雨林正以年平均以年平均1%（约（约1217万公顷）万公顷）的速度消失的速度消失 家养动物和栽培作物的多样性也在下降家养动物和栽培作物的多样性也在下降 联合国粮农组织家养动物多样性世界观察报告：过去年里，全联合国粮农组织家养动物多样性世界观察报告：过去年里，全世界已经有多个品种的家养动物灭绝。世界已经有多个品种的家养动物灭绝。五、生物多样性丧失实例五、生物多样性丧失实例 渡渡鸟又名渡渡鸟又名“愚鸠愚鸠”，是毛里求斯的特产，是毛里求斯的特产，也是毛里求斯的象征。由于长期的行走生活翅也是毛里求斯的象征。由于长期的行走生活翅膀已退化，渡渡鸟不会飞，而且行动迟缓。膀已退化，渡渡鸟不会飞，而且行动迟缓。 16世纪初，欧洲殖民者踏上了毛里求斯岛。世纪初，欧洲殖民者踏上了毛里求斯岛。动作缓慢、肉肥味美的渡渡鸟很快成为滥捕滥动作缓慢、肉肥味美的渡渡鸟很快成为滥捕滥杀的对象，数量日趋下降。到杀的对象，数量日趋下降。到1681年，最后一年，最后一只渡渡鸟在地球上消失了。只渡渡鸟在地球上消失了。 同时，岛上还有一种特有的植物同时，岛上还有一种特有的