环境地质学-基本概念

2.基本概念2.1生态学、生态系统与生态平衡生态学（Ecology）研究生物与其生活环境相互关系与经济学（Economics)具有相同的词源（Eco-);家庭、居所、环境；人类生态学，现代科学技术2023/2/41李永军生态系统（Ecosystem)一个生物物种在一定范围内所有个体的总和，在生态学中称为种群，任何一个生物群落与其周围非生物环境的综合就是生态系统种群（Population)：生物物种；生境（Habitat)生物（Biotic)与非生物(Abiotic)的综合体2023/2/42李永军物质与能量的交换生态系统中全部生命活动所需要的能量均来自太阳。太阳能在生态系统中的流动是按热力学定律进行的。一般说来，能量沿着绿色植物→草食动物→一级肉食动物→二级肉食动物逐级流动，而后者所获得的能量大体等于前者所含能量的1/10，这就是说，在能量流动过程中，约有9/10的损失掉了。生态系统中的一切生物（动物、植物、微生物）和非生物的环境，都是由运动着的物质构成的，并在地球长期的演化过程中建立起来了各种循环体系。其中碳、氢、氧、氮、硫、磷等的循环是生态系统基本的物质循环。锰、锌、铜、钼、钴、钙、镁、钾等微量元素，也在生态系统中的构成了各自的循环。而与人类环境关系比较密切的主要有水、碳、氮三大循环。2023/2/43李永军规模不等，类型多样，有天然（池塘，河流，草原，森林）与人工（城市，矿山，工厂）之分典型的，水陆生态系统（Water-landecosystem),水生生态系统（Aquaticecosystem),湿地（Wetland)水陆生态系统的食物链2023/2/44李永军生态平衡（EcologicalBalance）结构,包括生物种类的组成，各个种群数量的比例;功能，能量与物质的输入和输出;处于相对稳定状态。2023/2/45李永军原生演替2023/2/46李永军次生演替原生态山区高速公路生态恢复研究生态破坏生态恢复2023/2/47李永军生态学的资源与环境保护意义物物相关各种事物相互联系、相互制约、相互依存。建设项目应统筹考虑，全面规划。

相生相克物种之间相互依赖，彼此制约，协同进化。外来物种的侵入，土著物种的消失。

能流物复能量在不断地流动，物质在不停地循环。循环经济：能量高效利用，环境污染控制。

2023/2/48李永军负载定额承载容量：环境容量，地理承载容量。协调稳定生物多样性增加—食物链增多—稳当性增强自然资源种类多，抵抗外来干扰的能力强物种完整性、多样性保护，资源的战略储备时空有宜生态系统的独特性开发利用与管理的适宜性，因地因时制宜

2023/2/49李永军2.2地质环境与环境地质地质环境是指与大气、生物、水相互作用最直接，又是与人类活动关系最密切的那部分岩石圈。地质环境是有空间概念的上限是岩石圈的表面；下限位置，取决于人类社会的科学技术发展水平，以及进入岩石圈内部的工业活动影响深度。超深钻井：含矿热卤水，微生物生存，气候变迁记录，地震……2023/2/410李永军环境地质是研究人类技术—经济活动与地质环境相互作用、相互影响的学科。环境地质则无空间概念是以地质环境为研究对象的科学。含义理解不同，有不同的工作内容与方法。2023/2/411李永军2.3自然系统具有典型的复杂性自然系统的复杂性表现是多方面的

（1）在自然界某一行为过程中，要受到许多因素的共同影响；滑坡外因：过量降雨、地震、人类干扰等激发因素内因：地质体内一定存在软弱夹层或断层破碎带湿地的退化水文：水资源短缺、蓄水量下降人为活动：盲目开垦、人为工程的破坏、水体污染2023/2/412李永军（2）自然界中完全不同的行为作用可能导致相似的特征现象；平底谷表面与河床外形相似，形成和发展条件不同冲积扇和山前地带形成动力条件不同，许多特征相似多解性：问题机理研究的必要性（某个物质的产生与消失有多种可能）2023/2/413李永军（3）盲目地遵循“均变法则”或“递变法则”而导致的误解。

现在的测量结果→地形的演变（×）

总之，环境地质学是一个地质学科与相邻学科结合的多学科产物，是研究各种环境问题的基本思想。只有认识到自然界中各种事物之间的复杂关系，才能为解决环境问题做出可行的决策。地形演变的复杂性：过去地形的是历史上气候、地质过程的产物2023/2/414李永军2.4环境的反馈作用环境的负效应，是牛顿第二运动定律即作用力与反作用力定律的必然表现。表现方式不同超采—地表形变（坍塌，沉降）表现程度不同表现时间不同：短期，长期认识意识与手段的差别水坝建设

2023/2/415李永军具有异位特点地下水污染，与水的流动性有关2023/2/416李永军具有连锁性：过量开采地下水－水位下降－水资源枯竭－水质恶化农业漫灌－土壤盐渍化－肥力降低－农业成本提高2023/2/417李永军2.5地质环境面临着地质阈值的危险自然体系在受到外界的影响后，其本身将产生自我调整、平衡作用，以维持体系自身的稳定。然而，由于外界影响的急剧变化，体系就会面临极限平衡的临界状态（阈值），一旦超出临界状态，就会导致一些环境地质问题。工程学上用临界负荷描述构造的稳定性，如断层的产生是由于外力作用破坏了岩土体的极限平衡状态后，引起物体的快速位移。地理学用承载容量来评价地方的人口与资源的关系。因素：自然本身的作用，外在人为影响2023/2/418李永军2.6地质环境具有开放与封闭的两重性开放性指的是系统与外界存在物质与能量的交换，而封闭性则是指体系与外界没有物质与能量的交换。地球每天都吸收有限的或以其它形式传输到地面的太阳能，其结果包括作用于地球表面的外力作用，如河水径流、水的入渗、冰川、风及地块运动，也包括作用于地球内部的内力作用，如地壳运动、火山活动。当从全球着眼时，水文循环和岩石循环的体系是开放的，因为这些循环伴随着能量的重新分布与更新。2023/2/419李永军科学研究常假设某个单元体是封闭的。当环境各种条件都比较固定，因子之间更易达到平衡时，我们可以认为系统是封闭的。手套箱下的科学实验，封闭柱体实验黑箱，灰箱但必须知道绝对的封闭是不存在的，是理论上的。2023/2/420李永军2.7可更新资源与不可更新资源可更新资源理论上讲是可以持续利用的，即用了一次之后，可以更新再被利用。水、土壤、动物、植物(包括森林、草场)、微生物等等。可更新资源的速度不同，有些较快，有些较慢。2023/2/421李永军不可更新资源是指储量有限，能被用尽的资源。形成极其缓慢，有的需要数千年，有的需要数百万年，甚至上亿年。矿物是不可更新资源，例如，大多数岩石、泥炭、煤、石油、各种金属矿、非金属矿等。2023/2/422李永军资源的利用与技术经济状况有关对于人类来说，随着取得和使用资源技术的进步和经济的发展，无用的物质可以变成有用的资源。远古时代

人类不知道煤有用，后来知道煤可用来做燃料，今天煤不仅用来做燃料，还可从中提取多种化工原料。在人类历史上，结构材料曾经历过多次变化。石头→青铜→铁→钢→铝和强化塑料2023/2/423李永军在能源上替代情况

木柴→煤→石油和天然气→核能、太阳能、风能、潮汐能和沼气等开始被利用，并有可能成为新一代能源。水资源：

在缺少淡水的某些沿海地区，由于目前咸水淡化技术的成本很高，非当地居民的经济能力所能负担，丰富的海水还不能成为他们生活和生产用水的来源。有些说法“今天的废物是明天的资源”

如垃圾及作为填土的废料也可用来转化成能量或其它资源。2023/2/424李永军资源利用还具有时间性在一个世纪，资源是取之不尽的，而到了另一个世纪，则可能面临枯竭。当前存在的问题人类利用可更新资源的速度一般比它们更新的速度要快，需求越来越多。不能认识到资源的有限性是导致目前全球资源紧张的一个重要因素。比如，随着矿山开采时间的增长，矿藏埋深越来越深，花费的代价也越来越高，而且，通常资源的品位也在减小。当我们管理这两种资源时，在法律、社会文化以及财政上都应有一些差别。比如，由于资源的有限性及对其时空分布的认识，在投资与分期偿还计划上应遵循不同的金融规则。2023/2/425李永军地球上每个地方、每个人都会遇到各种不同的环境问题，这不仅表现在类型与强度上，而且也表现在自然成因或人为诱发等因素上。随着环境问题的突出，国际上开展了各项活动，制订了各种条约，出现了“污染危机”、“能源危机”、“水危机”、“诚信危机”等各种分类名词。资源分布不均

以水为例，很少能象人类愿望的那样，要么太多，要么太少，要么水质太差。当一个地方发生洪灾时，干旱或许就影响着另一个区域。2.8环境问题具有普遍性2023/2/426李永军沙砾采石场河流洪水滑坡农业水库岩石采石场海岸侵蚀地震断层城市地下水水污染土石料灾害水文过程土地规划和环境影响2023/2/427李永军20世纪以前，人口呈线性增长，与其对环境的影响是相适应的。然而，在20世纪，环境以惊人的速率退化，其中一个原因就是“人口爆炸”。人口的快速增加，需要大量的物资与能源供给。2.9环境退化以指数速率增长Y=aXY=aekx2023/2/428李永军对于有限的自然体系，以指数增长速率开发利用时，那么试图维持地球物质运动平衡的做法就会受到严重约束。以前休耕一两年再行耕作的土地，现今则被迫年复一年地进行连续耕种，以致于土地没有恢复和更新地力的机会。类似地，资源与能源的所有环节都被要求提高产量，以求与社会现代化文明的高消费水平保持同步。整个社会随着这种持续的增长速度在运转，并时而以“国民生产总值（GNP）”来衡量，而经济行为也因此进行适时调整。2023/2/429李永军2.10环境决策中总是包含或产生内部矛盾“你不可能总是让所有人高兴”，这条公理的正确性不仅体现在环境事务中，而在所有的人类活动中都是如此。处理环境问题的人们很快就会发现，不管决策如何，“假如你干，你会受到谴责；而如果你不干，你也会受到指责。”矛盾的出现，在很大程度上取决于如何确定优先采用哪个系统的问题，这表明人们在认识上缺乏一致性。在年青人和老年人、富人和穷人、城市居民和非城市居民、受过教育的人和未受过教育的人之间，这样的问题尤是如此。2023/2/430李永军在制定环境管理决策过程中，就要求兼顾到各个方面，从而产生某些折中。通过这样的办法，以便于产生共同的标准，得到反对者的认可。2023/2/431李永军2.11小结在现实社会中，大多数人都相信人类具有无穷的适应力，如果给以足够的金钱和时间的话，人类能够解决任何问题。本章所提出的这些概念表明人类对自然界能开发什么、能要求什么，是有限度的。在评价人类对于自然界的行为时，首先要考虑的问题是关于环境的复杂性、相互联系性、反馈机制、资源的有限性以及指数的增长率等，而据以做出环境决策的标准应当建立在许多因素的