第六章全球变化与其对生物影响

第六章全球变化及其对生物的影响第一页，共75页。第一页，共75页。第一节全球变化及其研究进展一、概念指由大气圈、水圈、生物圈和岩石圈组成的地球环境系统发生了异常变化，对人类和生物的生存产生不良影响的环境变迁。第二页，共75页。第二页，共75页。二、内容1、全球气候变化及其效应：主要强调人类活动对气候的影响及其效应。2、全球污染扩散及其效应：主要强调污染物的扩散及其对生物的毒害效应。第三页，共75页。第三页，共75页。地球生态系统正逼近9大极限根据对地球系统的科学认识，研究小组确定了9个对人类生存至关重要的“地球生命支持系统”，并对目前人类的消耗水平和系统的“临界点”进行了量化和评估。研究人员警告称，一旦9个临界点全部或者大部分被突破，人类生存环境将面临“不可逆转的变化”，此后的地球将不再像今天这样的“和蔼可亲”。第四页，共75页。第四页，共75页。1.海洋酸化

海洋酸化严重威胁到珊瑚礁的生存

指标：全球文石(也称霰石，是一种亚稳态的碳酸钙)饱和度比率临界点：2.75∶1工业化前水平：3.44∶1当前值：2.9∶1评估：本世纪中叶将有部分海洋超出警戒线，全球海洋浅层海水的pH值已由8.16下降到了8.05第五页，共75页。第五页，共75页。2.臭氧浓度

臭氧层变薄与气候变化间可能也存在着某种关联指标：平流层臭氧浓度临界点：276个多布森单位当前值：283个多布森单位评估：安全但亟待改善第六页，共75页。第六页，共75页。3.淡水消耗量淡水资源匮乏已成为全球性问题

标准：淡水年消耗量临界点：4000立方公里当前值：2600立方公里评估：本世纪中叶将达极限第七页，共75页。第七页，共75页。4.生物多样性生态多样性遭到巨大破坏指标：百万物种年灭绝数量临界点：10当前值：100

评估：严重超标2009年底，国际自然保护联盟的报告显示，其评估的44838个物种中，有16928种达到了濒临灭绝的状态，其中包括八分之一的鸟类、五分之一的哺乳动物、四分之一的珊瑚和三分之一的两栖类动物第八页，共75页。第八页，共75页。5.氮磷循环指标1：大气年固氮量临界点：350万吨当前值：1210万吨评估：严重超标指标2：海洋中所检测到的年均磷流失量临界点：1100万吨当前值：90万吨诊断：尚未超过第九页，共75页。第九页，共75页。6.土地使用率指标：用于耕种的非冻土比例临界点：15%当前值：12%评估：本世纪中叶将达极限第十页，共75页。第十页，共75页。7.二氧化碳浓度二氧化碳浓度已超过临界点指标：大气中二氧化碳浓度临界点：350ppm(百万分比浓度)工业化前水平：280ppm当前值：387ppm评估：超出极限第十一页，共75页。第十一页，共75页。8.气溶胶浓度

指标：尚无临界点：未知因为来源不同、形成过程不同，对环境的影响也很难准确评估。例如，主体成分为硫酸盐的气溶胶会具有反射太阳辐射的作用，从而产生制冷效应；主体成分为烟尘的气溶胶则会吸收太阳辐射，导致温室效应。因此，就全球范围而言，这些微粒的综合作用目前还无法判断，也无法给出临界点。第十二页，共75页。第十二页，共75页。9.化学污染人为排放和化学污染是人体健康的“杀手”指标：尚无临界点：未知第十三页，共75页。第十三页，共75页。第二节温室效应及其对生物的影响一、概念green-houseeffect：1、自然温室效应：大气层中的二氧化碳等气体物质的大量聚集，可以吸收近地表的太阳长波辐射，并将其反射回地表，从而使地表增温的现象。2、人为温室效应：由于化石燃料燃烧、森林砍伐和工业活动等人类活动改变了大气成分，破坏了自然温室效应的热平衡，导致全球气候急剧变暖，从而成为一个全球环境问题，称人为温室效应。第十四页，共75页。第十四页，共75页。二形成1、机理：

大气层能透过太阳辐射的短波光，能反射和吸收从地面反射的长波光，阻挡地面的热量向宇宙扩散，从而使地表增温的现象。第十五页，共75页。第十五页，共75页。第十六页，共75页。第十六页，共75页。全球变暖问题主要指人为活动造成的温室气体增加，温室效应增强带来的气候变化。人类活动对气候变暖的影响主要表现为由于工业生产需要的化石燃料使用量大增，人口激增城市化发展等引起人为排放的二氧化碳等温室气体不断增加；热带森林和温带植被破坏严重，光合作用吸收二氧化碳的能力减弱。第十七页，共75页。第十七页，共75页。温室气体：大气层中的有些微量气体，可以让太阳短波辐射自由通过，同时吸收地面发出的长波辐射。当它们在大气中的浓度增加时，就会加剧温室效应，引起地球表面和大气层下沿温度升高。这些气体叫做温室气体。第十八页，共75页。第十八页，共75页。2、温室气体的种类1）二氧化碳：由于大量使用煤、石油、天然气等石化燃料，全球的二氧化碳正以每年约六十亿吨的量增加，是造成温室效应的主要气体，对全球温暖化的贡献率达60%。第十九页，共75页。第十九页，共75页。近千年来大气CO2浓度的变化第二十页，共75页。第二十页，共75页。2）甲烷（CH4）：有机物发酵及物质不完全燃烧的过程会产生甲烷，主要来自牲畜、水田、掩埋场及机动车的排放。一个甲烷分子的增温效应大约是一个二氧化碳分子的7.5倍。贡献率达15-30%。第二十一页，共75页。第二十一页，共75页。第二十二页，共75页。第二十二页，共75页。3）氧化亚氮（N2O）：由燃烧石化燃料、微生物及化学肥料分解所排放。主要来源于天然源，即土壤中的硝酸盐经细菌的脱氮作用而生成。贡献率达5%。4）氯氟烃（氟里昂CFCs）：目前以CFC-11，CFC-12，CFC-113为主。使用于冷气机、电冰箱的冷媒、电子零件清洁剂、发泡剂，是造成温室效应的气体。贡献率达12%。一个氯氟烃分子的效应比一个二氧化碳分子大5000-10000倍。第二十三页，共75页。第二十三页，共75页。5）臭氧（O3）：来自汽车等所排放的氮氧化物及碳氢化合物，经光化学作用而产生的气体。贡献率达8%。6）氢氟碳化合物、高氟碳化合物和六氟化硫。全部来源于人类的活动。第二十四页，共75页。第二十四页，共75页。过去1000年大气甲烷和N2O浓度的变化甲烷氧化亚氮第二十五页，共75页。第二十五页，共75页。第二十六页，共75页。第二十六页，共75页。三环境效应1、温度升高，地球变暖1860年以来，全球地表年平均气温升高了0.3-0.6℃；根据跨政府气候变化委员会预测，从1990到2100年，全球陆面气温将增加2℃；2、海平面上升如果全球变暖，温度升高，海水膨胀，冰川融化，海平面上升，将使沿海低地淹没3、影响农业生产正面影响：CO2浓度的增加和气候变暖，增加植物光合作用和作物的生产力，延长生产季节，有利于产量提高。降水量增加，使世界可耕作范围增加负面效应：中低纬内陆地区干旱加剧，农业将减产第二十七页，共75页。第二十七页，共75页。1961-1990年均值10年滑动平均过去140年温度变化红柱—年平均，据器测数据；黑线—10年滑动平均；黑色区间线—95%的置信区间；

20世纪内地球表面平均温度上升了0.60.2oC在北半球，20世纪90年代很可能是有器测记录（1861）以来最热的年代，1998年是有器测记录以来最热的一年；20世纪内两次增温期最为明显：1910-1945，1976-2000。过去140年地球表面气温的变化结论第二十八页，共75页。第二十八页，共75页。□就增温的速度和持续时间而言，20世纪很可能是过去1000年中最强烈的世纪；□90年代可能是过去1000年中最热的年代。过去1000年北半球的温度变化←千年来地球表面气温的变化（北半球）红线：年平均，据器测数据兰线：年平均，据树轮、珊瑚、冰芯、历史文献黑线：50年滑动平均灰线：95%的置信区间横轴：1961-1990年的均值结论（北半球）：第二十九页，共75页。第二十九页，共75页。4、生态系统发生变化全球长期升温，将导致由水热条件控制的自然地带向极地或偏高地区转移，改变地区的生态系统。5、加剧洪涝、干旱及其它气象灾害可能带来频繁的气象灾害，部分地区降水过多，大范围干旱和持续高温将带来大规模灾害。6、影响人类健康极热天气频率增加，心血管和呼吸道疾病增加。第三十页，共75页。第三十页，共75页。第三十一页，共75页。第三十一页，共75页。《框架公约》是世界上第一个为全面控制二氧化碳等温室气体排放，应对全球气候变暖给人类经济和社会带来不利影响的国际公约，也是国际社会在应对全球气候变化问题上进行国际合作的一个基本框架。此公约要求：到2000年发达国家把二氧化碳的排放量降回到1990年的水平，并向发展中国家提供资金和技术，以帮助发展中国家减少二氧化碳的排放量。据统计，目前已有190多个国家批准了《公约》

我们拿什么来援救全球的气候？1992年6月各国政府通过了《联合国气候变化框架公约》（UNFCCC）第三十二页，共75页。第三十二页，共75页。《京都议定书》明确规定，发达国家应在2008年—2012年间，使其温室气体的排放在1990年的基线上削减5.2％，其中美国削减7％，欧盟各国8％。限排的温室气体包括二氧化碳、甲烷、氧化亚氮、氢氟碳化物、全氟化碳和六氟化硫等

《京都议定书》需要占1990年全球温室气体排放量55％以上的至少55个国家和地区批准之后，才能成为具有法律约束力的国际公约。1997年通过了《京都议定书》第三十三页，共75页。第三十三页，共75页。中国于１９９８年５月签署并于２００２年８月核准了该议定书。欧盟及其成员国于２００２年５月３１日正式批准了《京都议定书》。目前已有１７０多个国家批准加入了该议定书。２００７年１２月，澳大利亚签署《京都议定书》，至此世界主要工业发达国家中只有美国没有签署《京都议定书》。

２００５年２月１６日，《京都议定书》正式生效。这是人类历史上首次以法规的形式限制温室气体排放。

第三十四页，共75页。第三十四页，共75页。丹麦哥本哈根，联合国气候变化大会达成不具法律约束力的《哥本哈根协议》2009气温升幅限制:全球气温升幅应限制在摄氏2度以内。法律约束力:文本无明确列明，但附件中建议应在明年底前就协议内容达成具法律约束力的条约

对《京都议定书》存续问题无明确表示全球减排目标:全球温室气体排放量应尽快封顶，但未定下年限。

各国在2010年2月1日前，向联合国提出2020年减排目标。未提及2050年减排目标。

第三十五页，共75页。第三十五页，共75页。减排监察

所有新兴经济体必须自我监察减排进度，并每两年向联合国汇报。国际人员可以视察，前提是不损害国家主权。资金

发达国家将在2020年起，向发展中国家及小岛国等提供1,000亿美元(约7,757亿港元)援助。未提及资金来源及使用方向。

未来3年内发达国将提供300亿美元(约2,327亿港元)，当中欧盟、日本及美国将联合出资252亿美元(约1,955亿港元)其它

提供足够资金限制森林砍伐

考虑透过碳市场达到减排目标第三十六页，共75页。第三十六页，共75页。德班会议即2011年11月28日至12月9日，在南非德班召开的《联合国气候变化框架公约》第17次缔约方会议暨《京都议定书》第7次缔约方会议。大会最终通过决议，建立德班增强行动平台特设工作组，决定实施《京都议定书》第二承诺期，并启动绿色气候基金。第三十七页，共75页。第三十七页，共75页。第三节臭氧层衰减及其对生物的影响（一）大气层的结构对流层平流层：90%的臭氧中间层热层逸散层第三十八页，共75页。第三十八页，共75页。在离地面15－25千米的大气平流层中，集中了大气中约90％的臭氧，这一层大气层称为臭氧层。臭氧由三个氧原子组成，而且非常稀少；1千万个大气分子中只有三个臭氧分子。第三十九页，共75页。第三十九页，共75页。（二）变化的趋势第四十页，共75页。第四十页，共75页。臭氧层破坏南极臭氧层空洞——OzoneHole80年代观测发现，自每年9月份下旬开始，南极洲上空的臭氧总量迅速减少一半左右，极地上空臭氧层的中心地带，近90％臭氧被破坏，若从地面向上观测，高空臭氧层已极其稀薄，与周围相比象是形成了一个直径上千公里的洞，称为“臭氧洞”。第四十一页，共75页。第四十一页，共75页。南极上空臭氧层变化

第四十二页，共75页。第四十二页，共75页。看看地球臭氧层空洞

美国航空航天局用卫星测绘出的南极臭氧层空洞，左图是2001年臭氧层空洞图像，虽然只有一个，但其面积比北美洲还大。右图是2002年图像，科学家首次发现臭氧层空洞居然一分为二。第四十三页，共75页。第四十三页，共75页。（三）臭氧层的破坏1、自然原因：太阳黑子爆炸时发出许多带电质子，轰击地球上层大气，对臭氧层破坏；另外，南极上空的上升气流把臭氧含量较高的中层大气输送到上层，从而降低了那里的含量。2、人为原因：冷冻剂、消毒剂、发泡剂和灭火剂等化学制品在使用时排放的氯氟烃使臭氧变成纯氧从而破坏臭氧层。第四十四页，共75页。第四十四页，共75页。最典型的是氯氟碳化合物即氟里昂（CFCs）和含溴化合物哈龙（Halons），证实氯和溴在平流层通过催化化学过程破坏臭氧是造成南极臭氧洞的根本原因。第四十五页，共75页。第四十五页，共75页。

Cl+O3→ClO+O2ClO+O→Cl+O2

一个氯原子自由基可以破坏104—105个臭氧分子，而由Halon释放的溴原子自由基对臭氧的破坏能力是氯原子的30—60倍。而且，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，破坏臭氧的能力要大于二者简单的加和。

第四十六页，共75页。第四十六页，共75页。（四）臭氧层减薄与地表紫外辐射增强

UV-A（320-400nm）：不能被吸收，也不造成危害UV-B（280-320nm）：对人和生物的危害最严重UV-C（200-280nm）：被极少量的臭氧吸收，不会到达地表1、臭氧层的作用臭氧层可以吸收太阳紫外辐射中对生物最有害的波长。UV-B（280-320nm）臭氧可以吸收太阳辐射，可以加热大气层。2、地表紫外辐射增强引起具有生物学效应的UV-B辐射增强第四十七页，共75页。第四十七页，共75页。臭氧每减少1%，就会有额外2%的紫外辐射到达地球表面。第四十八页，共75页。第四十八页，共75页。（五）紫外辐射增强对生物的影响1、对人体健康的影响：引发和加剧眼部疾病、皮肤癌和传染性疾病

第四十九页，共75页。第四十九页，共75页。2、对陆生植物的影响：过量的紫外辐射可使农作物如大豆、玉米、棉花、甜菜等的叶片受损，抑制其光合作用，导致减产，还能改变细胞内的遗传基因和再生能力，使农产品质量劣化。第五十页，共75页。第五十页，共75页。3、对水生生物的影响：浮游植物生产力下降与臭氧减少造成的UV-B辐射增加直接有关。浮游生物种类和数量的减少会影响鱼类和贝类生物的产量。

UV-B辐射对鱼、虾、蟹、两栖动物和其他动物的早期发育阶段都有危害作用。最严重的影响是导致其繁殖力下降和幼体发育不全

第五十一页，共75页。第五十一页，共75页。人们在为拯救臭氧层做哪些努力?1976年以来，一些发达国家如加拿大、瑞典等国呼吁各国停止使用氟里昂，并提出削减使用量。1985年，20多个国家在维也纳签署了“保护臭氧层国际公约”1987年，加拿大召开了保护臭氧层的国际大会，通过了“关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书”规定工业国家必须在2000年前停止使用和生产氟里昂，发展中国家则延迟10年。我国已经基本停止生产含氟氯烃的制冷设备第五十二页，共75页。第五十二页，共75页。第五十三页，共75页。第五十三页，共75页。第四节酸雨及其对生物的影响1234～55～6.57

8.5～910～11121314酸

性

电

解

液柠檬

汁醋酸

雨正

常

雨

水蒸

餾

水

苏

打

水氨

水碱

性

電

解

第五十四页，共75页。第五十四页，共75页。1、定义：pH值小于5.6的降水。广义的酸雨（酸沉降）包括干沉降：干沉降包括各种酸性气体、酸性气溶胶和酸性颗粒物。湿沉降即通常所说的酸雨。包括酸性雨、酸性雾、酸性露、酸性雪和酸性霜。第五十五页，共75页。第五十五页，共75页。

北美死湖事件

美国东北部和加拿大东南部是西半球工业最发达的地区，每年向大气中排放二氧化硫2500多万吨。其中约有380万吨由美国飘到加拿大，100多万吨由加拿大飘到美国。七十年代开始，这些地区出现了大面积酸雨区。美国受酸雨影响的水域达3.6万平方公里，23个州的17059个湖泊有9400个酸化变质。最强的酸性雨降在弗吉尼亚洲，酸度值（pH）1.4。纽约州阿迪龙达克山区，1930年只有4％的湖无鱼，1975年近50％的湖泊无鱼，其中200个是死湖，听不见蛙声，死一般寂静。加拿大受酸雨影响的水域5.2万平方公里，5000多个湖泊明显酸化。多伦多1979年平均降水酸度值（pH）3.5，比藩茄汁还要酸，安大略省萨德伯里四周1500多个湖泊池塘漂浮死鱼，湖滨树木枯萎。著名的酸雨污染事件第五十六页，共75页。第五十六页，共75页。西德森林枯死病事件原西德共有森林740万公顷，到1983年为止有34％染上枯死病，每年枯死的蓄积量占同年森林生长量的21％多，先后有80多万公顷森林被毁。这种枯死病来自酸雨之害。在巴伐利亚国家公园，由于酸雨的影响，几乎每棵树都得了病，景色全非。黑森州海拔500米以上的枞树相继枯死，全州57％的松树病入膏肓。巴登符腾堡州的“黑森林”，是因枞、松绿的发黑而得名，是欧洲著名的度假圣地，也有一半树染上枯死病，树叶黄褐脱落，其中46万亩完全死亡。汉堡也有3/4的树木面临死亡。当时鲁尔工业区的森林里，到处可见秃树、死鸟、死蜂，该区儿童每年有数万人感染特殊的喉炎症。

第五十七页，共75页。第五十七页，共75页。酸雨率：一般把某地区的酸雨次数在降雨总次数中所占的比例称为酸雨率。酸雨区的划分，共为5级标准。pH酸雨率非酸雨区高于5.60～20％轻酸雨区5.30～5.6010％～40％中度酸雨区5.00～5.3030％～60％较重酸雨区4.70～5.0050％～80％为重酸雨区小于4.7070％～100%第五十八页，共75页。第五十八页，共75页。我国其它酸雨区：1、珠江三角洲及其北部2、杭州湾第五十九页，共75页。第五十九页，共75页。2SO2+O22SO3催化剂2NO+O22NO23NO2+H2O

2HNO3+NOSO3+H2O

H2SO4SO2+H2O

H2SO32H2SO3+O22H2SO42、酸雨形成机理第六十页，共75页。第六十页，共75页。

排入大气中的酸性物质被氧化后与雨滴作用，或在雨滴形成过程中同时被吸收与氧化雨滴降落过程中把酸性物质一起冲刷下来是否形成酸雨，取决于降水中酸性物质和碱性物质的相对比例，而不是绝对浓度第六十一页，共75页。第六十一页，共75页。第六十二页，共75页。第六十二页，共75页。

我国酸雨特点第六十三页，共75页。第六十三页，共75页。酸雨的形成第六十四页，共75页。第六十四页，共75页。3、酸雨中的酸硫酸和硝酸，占总酸量的90%以上4、我国酸雨的主要特点频率高、酸度大有明显的区域性：主要集中在长江以南、青藏高原以东的华中、西南和华东地区硫酸型（煤烟型）酸雨：硝酸含量不到硫酸的1/10第六十五页，共75页。第六十五页，共75页。我国酸雨特点(1)是硫酸型的：酸雨的形成是一种复杂的大气化学