物理学与环境资源

1、12. 物理学与环境资源物理学与环境资源人类的环境问题与环境科学人类的环境问题与环境科学环境污染环境污染环境是人类赖以生存和发展的基础。环境是人类赖以生存和发展的基础。 以人类与环境这对矛盾的双方为研究对象以人类与环境这对矛盾的双方为研究对象, ,研究其对研究其对立与统一关系的发生和发展立与统一关系的发生和发展, ,调节、控制和利用环境资源。调节、控制和利用环境资源。人类活动过程中不断向环境排放污染物质人类活动过程中不断向环境排放污染物质, 并超过了环境的并超过了环境的自净能力，造成环境污染，不利于人群健康和对环境资源自净能力，造成环境污染，不利于人群健康和对环境资源的利用，。的利用，。大气污

2、染大气污染 正常空气组分：正常空气组分：N278.08%，O220.95%, Ar0.93%, CO20.03%, 这四种成分占空气总量的这四种成分占空气总量的99.99%。 空气中还有微量的惰性气体空气中还有微量的惰性气体, 如氦如氦(He)氖氖(Ne) 氪氪(Kr)等，还有极微量的臭氧等，还有极微量的臭氧(O3) 一氧化氮一氧化氮(NO) 二氧化氮二氧化氮(NO2)等。等。(1)(1)粉尘污染粉尘污染(2)(2)硫化物硫化物(3)(3)氧化物氧化物(4)(4)氮氧化物氮氧化物(5)(5)卤化物卤化物大气大气污染污染物的物的来源来源水污染水污染海水污染海水污染地表水污染地表水污染水资源是指现

3、在或将来一切可用于生产和生活的地表面和水资源是指现在或将来一切可用于生产和生活的地表面和地下水源。地下水源。估计地球上水的总量为估计地球上水的总量为13.6亿立方千米亿立方千米, 其中其中97.3%是不能是不能直接饮用或工业用的海洋咸水直接饮用或工业用的海洋咸水, 淡水只占淡水只占2.7%。 水是人类赖以生存的基本物质条件之一水是人类赖以生存的基本物质条件之一, 水对于人类水对于人类生产和生活起着重要作用。生产和生活起着重要作用。 水是生命起源及延续的必要水是生命起源及延续的必要条件。条件。土壤污染与沙漠化土壤污染与沙漠化沙漠化沙漠化白色污染白色污染 土壤由矿物质土壤由矿物质有机物质有机物质(

4、主要是有机物质和土壤微主要是有机物质和土壤微生物生物)水和空气组成水和空气组成, 因此土壤是十分复杂的系统。因此土壤是十分复杂的系统。 当某些污染物质在土壤中积累到一定程度当某些污染物质在土壤中积累到一定程度, 超出了土超出了土壤的自净能力时壤的自净能力时, 就会破坏原来的生态平衡就会破坏原来的生态平衡, 造成土壤污造成土壤污染。染。大气中破坏臭氧的化学物质大气中破坏臭氧的化学物质化学物质化学物质用途用途在大气中的在大气中的平均寿命平均寿命(年年)在造成问题的在造成问题的原因中的相对原因中的相对重要性重要性(%)CFC-11冷却剂，雾化冷却剂，雾化剂，起泡剂剂，起泡剂6028CFC-12冷却剂

5、，雾化冷却剂，雾化剂，起泡剂剂，起泡剂13047CFC-13溶剂溶剂905四氯化碳四氯化碳溶剂溶剂5015甲基氯仿甲基氯仿溶剂溶剂72海龙（商用聚四海龙（商用聚四氟乙烯）氟乙烯）1211冷却剂，起泡冷却剂，起泡剂剂251海龙（商用聚四海龙（商用聚四氟乙烯）氟乙烯）1301灭火剂灭火剂1102南极上空的臭氧层分布南极上空的臭氧层分布一一. 人类面临的环境资源问题人类面临的环境资源问题 资源紧缺资源紧缺 环境污染环境污染 全球变暖全球变暖 自然灾害频发自然灾害频发资源及环境问题将成为制约社会发展的主要因素资源及环境问题将成为制约社会发展的主要因素!如何应对如何应对? 物理学在其中的作为物理学在其中

6、的作为?二二. 不可再生资源紧缺与发展需求不可再生资源紧缺与发展需求 地球表面与外星球监测地球表面与外星球监测（资源卫星遥感，光学多波段扫（资源卫星遥感，光学多波段扫描成像分析，探月卫星，深海探测描成像分析，探月卫星，深海探测-锰结核矿）锰结核矿） 地表成像，土地资源（长江口冲积滩涂，水土流失）地表成像，土地资源（长江口冲积滩涂，水土流失） 矿物资源探测（石油，矿物资源）矿物资源探测（石油，矿物资源） 森林资源（面积，生长情况与灾害）森林资源（面积，生长情况与灾害） 资源的节约、回收与再利用资源的节约、回收与再利用（贵金属，有色金属，橡胶）（贵金属，有色金属，橡胶） 新材料的研发与替代新材料的

7、研发与替代（高分子合成材料，纳米材料）（高分子合成材料，纳米材料）三三. 环境污染与可持续发展环境污染与可持续发展环境大气与水污染的监测：环境大气与水污染的监测：- 颗粒物，化学物，酸雨，放射性颗粒物，化学物，酸雨，放射性 物理（力、电、光、热、分子原子物理方法，激光物理（力、电、光、热、分子原子物理方法，激光光谱学方法），化学方法，生物方法光谱学方法），化学方法，生物方法污染降低与整治污染降低与整治-改进生产技术与工艺，减少污染改进生产技术与工艺，减少污染能源污染（煤，油，核，水，太阳）能源污染（煤，油，核，水，太阳）生产过程污染（冶炼，造纸，皮革，畜牧，农业，化学）生产过程污染（冶炼，造纸

8、，皮革，畜牧，农业，化学）生活污染（污水处理排放）生活污染（污水处理排放）污染物的处理污染物的处理- 物理（电，光，热，分子物理（电，光，热，分子）、化学、）、化学、生物方法，生物方法， （例如：水（例如：水-金属离子，电子产品金属离子，电子产品-重金属）重金属）对于：电磁辐射污染问题、放射性物质污染等问题，对于：电磁辐射污染问题、放射性物质污染等问题，无知是最可怕的！无知是最可怕的！正确认识、对待与处理。没有必要恐慌！正确认识、对待与处理。没有必要恐慌！四四. CO2排放全球气候变暖排放全球气候变暖随着人类活动的加剧，产生大量温室气体随着人类活动的加剧，产生大量温室气体CO2二氧化碳积聚在地

9、球表面使地表散热困难，造成地球气温二氧化碳积聚在地球表面使地表散热困难，造成地球气温不断增高。不断增高。冰川消融导致水平面上升，相邻地区面临洪水威胁。冰川消融导致水平面上升，相邻地区面临洪水威胁。联合国环境规划署将今年世界环境日的主题确定为联合国环境规划署将今年世界环境日的主题确定为“冰川冰川消融，后果堪忧消融，后果堪忧”全球气候变暖每年造成青藏高原全球气候变暖每年造成青藏高原7%的冰川融化。的冰川融化。 如果温如果温度继续上升，度继续上升，50年后喜玛拉雅山脉将不再有冰雪。年后喜玛拉雅山脉将不再有冰雪。”喜玛喜玛拉雅山横贯巴基斯坦、印度、中国、尼泊尔和不丹，绵延拉雅山横贯巴基斯坦、印度、中国

10、、尼泊尔和不丹，绵延2400公里，山上的冰川是亚洲的公里，山上的冰川是亚洲的9条大河及下游条大河及下游13亿人的亿人的生命之源生命之源-亚洲水塔。亚洲水塔。温室效应温室效应温室气体温室气体: :空气中的微量气体空气中的微量气体, ,主要是水蒸气和二氧化碳。主要是水蒸气和二氧化碳。 由于大气中的二氧化碳由于大气中的二氧化碳气体易吸收长波辐射气体易吸收长波辐射, ,所以所以太阳的短波辐射可以透过大太阳的短波辐射可以透过大气层射入地面气层射入地面, ,而地面温度而地面温度增高所放出的长波热辐射增高所放出的长波热辐射, ,却被大气中的二氧化碳气体却被大气中的二氧化碳气体吸收吸收, ,难以逸出高空难以逸

11、出高空, ,最终导最终导致地球气温变暖致地球气温变暖, ,地球上的地球上的一切好比处在温室中一样一切好比处在温室中一样, ,称为称为温室效应。温室效应。假如没有温室气体假如没有温室气体来自太阳来自太阳的辐射的辐射10050被地面被地面吸收吸收50以红外形以红外形式再辐射式再辐射70来自地球的来自地球的红外辐射红外辐射空间空间-19-19地球地球大气大气:正常的正常的氮和氧没有氮和氧没有温室气体温室气体20大气吸收并大气吸收并由红外形式由红外形式再辐射出去再辐射出去30大气大气反射反射地面地面反射反射255存在温室气体的情况存在温室气体的情况来自太阳来自太阳的辐射的辐射10030255大气大气地

12、球地球+1450地面吸收地面吸收120红外红外辐射辐射 7020大气吸收并大气吸收并以红外形式以红外形式再辐射出去再辐射出去大气大气反射反射地面地面反射反射50红外红外辐射辐射 12060温室气体吸温室气体吸收并再辐射收并再辐射出去的红外出去的红外辐射辐射来自地球的来自地球的红外辐射红外辐射70空间空间-1960温室温室气体气体 人们的衣食住行，凡是要用钱的东西都在消耗能源。人们的衣食住行，凡是要用钱的东西都在消耗能源。从直观角度看：从直观角度看：1度电相当于度电相当于0.997千克二氧化碳，千克二氧化碳，而以日待机时间而以日待机时间16小时计算，一台普通电脑年耗电小时计算，一台普通电脑年耗电

13、277.4度，约相当于度，约相当于276.6千克二氧化碳千克二氧化碳 上海普通有车白领碳排放量惊人，一年超过上海普通有车白领碳排放量惊人，一年超过10吨。吨。而中国内地人均碳排放量是而中国内地人均碳排放量是2.7吨。吨。 减排从生活细节做起减排从生活细节做起家用电器，交通工具，生活与办公用品，可再生资源家用电器，交通工具，生活与办公用品，可再生资源节约与利用。节约与利用。欧美发达国家在这方面的认识和行动在世界前列。欧美发达国家在这方面的认识和行动在世界前列。五五.自然灾害的防范自然灾害的防范 气象监测预报：卫星，雷达，探空气球，地面监测系统气象监测预报：卫星，雷达，探空气球，地面监测系统（电磁

14、学，光学，热力学，无线电发生与接收）（电磁学，光学，热力学，无线电发生与接收） 光学光学/射电望远镜（哈博望远镜），星际探测器射电望远镜（哈博望远镜），星际探测器 地震监测（振动、波动监测，地下水成分监测）地震监测（振动、波动监测，地下水成分监测） 海啸预报（次声波产生与传播）海啸预报（次声波产生与传播） 山体滑坡，隧道、桥梁，建筑物倾斜，形变，解体（电阻山体滑坡，隧道、桥梁，建筑物倾斜，形变，解体（电阻应变原理，光学精密测量原理，监测微小位移和形变）应变原理，光学精密测量原理，监测微小位移和形变）药方：节能，降耗，减排药方：节能，降耗，减排几个认识误区：几个认识误区：资源节约与再生技术复杂，成本高，降耗空间已非常有限，无大利可资源节约与再生技术复杂，成本高，降耗空间已非常有限，无大利可图图新能源一定是比现有能源成本低，否则没有意义，难以发展新能源一定是比现有能源成本低，否则没有意义