大学物理：物理与环境

环境是人类赖以生存、繁衍和发展的基本条件，环境问题已成为当今世界关注的重大问题。在这一前提下产生的环境物理学，是一门由环境科学与物理学发展起来的交叉学科。它是用物理学的观点来研究发生在大气圈、土壤圈、生物圈、水圈、冰雪圈等环境中的物理现象、规律及理论，探讨人类活动与环境相互作用及可持续发展的途径。物理学与环境有着密切的关系，环境的运行机制，环境问题的成因、危害及其防护手段等都体现了物理学知识和技术的应用，因此物理学是环境科学的基础。物理学与环境科学10.1人类活动与环境的相互作用一．什么是环境环境是指围绕生物群的空间以及直接或间接地影响生物生存和发展的各种自然因素和社会因素的总体或者说是以人类社会为主体的外部世界的总体。这里所说的“外部世界”既包括自然要素，如阳光、大气、陆地(山地和平原)、水体（河流、湖泊、海洋等）、森林、土壤、矿藏、草原、水生生物和野生动植物等，也包括人类加工改造过的自然要素，如城市、居住区、水坝、港口、交通、名胜古迹、风景园林等等，而且还包括上述物性要素和社会因素所构成的系统及其所呈现的状态。人类所居住的地球，自内向外呈圈层结构。与人类关系最密切的是地表几个圈层，包括岩石圈、大气圈、水圈三个基本圈层，及在三个基本圈层相互作用、相互制约、相互转化的交错圈层上产生的土壤圈和生物圈，它们共同组成了人类的自然环境。人类的生存环境又主要指自然环境中的生物圈，它主要位于上起大气圈下部的对流层顶部，下至岩石圈表面层，一般包括地表以上10km和海洋表面以下11km范围。生物圈是地球上所有生物（包括人类）及其生存空间与环境的总体，也可以说是指供一切生物生存的地球的表面层。这个表面层里有空气、水、土壤和岩石，能维护生命。由于生物同环境的相互作用，经过100多万年的进化，形成了今天的生物圈。它是自然界的一个基本活动单元，包括不同的生物（动植物、微生物）和自然紧密结合的有机体以及它们的无生命环境。但是随着科学技术的发展，人类活动的空间已远远超出这个范围，但核心依然是生物圈，因为在这里才能提供人类正常生活所必需的基本物质条件如空气、水、食物等。人类的生存环境也不同于动植物的生存环境，它体现着自然因素和社会因素的共同作用，反映着人类利用和改造自然的水平和性质，影响着人类的生产和生活，关系着人类的生存与健康，是人类周围所有事物和力量的总和。二、人类活动与环境的相互作用环境既是人类赖以生存和发展的基础，也是人类开发利用的对象。人类是环境的产物，又是环境的改造者。人类与环境始终处于一种相互影响、相互作用、相互依存的关系之中。在人类历史发展的早期，环境问题虽然已经存在，但人类活动对环境所造成的影响大多只限于局部区域，这种影响不至于成为人类社会生存和发展所最优先考虑的问题。古代人类对自然环境十分依赖，人类活动只是利用环境而很少有意识地去改造环境，一般以采集和捕获自然食物的方式与环境进行物质和能量的交换。当时存在的环境问题主要就是人口的自然增长而增加了人类对食物的需求，以致于滥用环境资源而造成生活资料缺乏所引起的饥荒。后来，为了解除这一环境威胁，人类被迫学会吃一切可以吃的东西，以扩充食物来源，或者扩大自己的生活领域，迁徙到更适宜生存的地方。为了得到更加丰富的食物，人类不仅积极有效地利用了环境，同时也在有意识地改变着环境。人类逐渐摸索出了如何去创造生产工具、发展生产技术、改变生产方式，以获得物质财富。随着人类学会了驯化动物、培育植物及使用生产工具，于是有了农业和畜牧业，这在人类生产发展史上是一次重大的进步。由于农、牧业的发展，人类改造环境的作用日益明显，也就出现了相应的环境问题，因改善住居条件而盲目地大量砍伐森林，因开垦土地而破坏草原、植被，从而引起严重的水土流失，使大片沃土沦为沙漠，导致水旱灾频繁等等。人类活动和环境的相互影响是由人类社会发展状况和环境条件的不同所决定的。自然环境的存在和发展完全按照自身的规律进行，而人类的生存和发展不仅受生物规律的支配，还受社会规律的影响和制约。由于这种区别和差异的存在，在自然环境的客观属性和人类的主观愿望及要求之间、在自然环境的客观发展过程和人类有目的的生产和生活活动过程之间，就不可避免地产生和存在着种种矛盾。人类就是在与环境的不断矛盾和抗争中发展起来的。随着人类的不断进步和发展，自然环境也相应地发生了巨大改变。当人类具备了从全球尺度上改变环境的能力时，环境的变化也开始步入了一个独特的发展阶段。在这个阶段，环境变化不仅受到太阳和地球轨道变化以及地球内部变化等自然因素的影响，而且还受到人类活动的影响，环境的变化已经完全无法按照自身的所谓“自然轨迹”运行。这就使环境的变化越来越展现出一种不确定性，从而给人类社会的生存和发展提出了更严峻的挑战。

20世纪以来，工业大革命的兴起，人类以空前的速度去改造环境和征服自然。恶性膨胀的城市带来了大量的生活垃圾、污水、工业废气及化学烟雾。工业的发展又必然导致对自然资源的掠夺性开采，大规模的露天采矿把大量的对人体有害的元素散落到地球表面，造成了对环境的严重污染和破坏，形成公害。环境问题是伴随着人口问题、资源问题和发展问题而出现的，人口剧增是环境问题产生的重要原因。生态破坏的主要原因是人类不能充分节约利用自然资源，过度地向环境索取，超出了自然环境的承载限度。产生环境污染的主要原因是人们限于一定的认识水平和经济技术及开发条件，把各种氧化物、重金属盐类和有机物等不加利用的任意排入环境，超过了环境的自净能力，对生命构成巨大的威胁。直到20世纪50年代后，环境问题的严重性才逐渐为人们所认识。科学技术是一把双刃剑。科学技术为人类创造了优越的物质生活条件，同时由于人类认识的不足和科学技术水平的限制，人类在利用科学技术改造自然的过程中也造成了对环境的破坏。近40年来，随着科学技术迅速地发展和生产力水平的提高，人类从自然界获取的资源越来越多，向自然环境排放的污染与日俱增，给人类的生活和健康带来了严重的危害，从而引发了世界性的环境问题。从某种意义上说，忽视环境因素的“科学技术”将阻碍社会的可持续进步。当前的主要环境问题主要是大气污染、水体污染、全球变暖、臭氧层破坏、水土流失、土地荒漠化、能源危机、物种灭绝加剧和生态平衡的破坏等，这些问题严重阻碍着全球经济的发展和和人类生活质量的提高，继而严重影响着人类的未来和生存安全。上述世界性的环境问题已引起全球许多国家的关注。1972年6月在瑞典首都斯德哥尔摩召开了有113个国家参加的人类环境会议，共商防治环境污染和生态破坏的对策，人类环境会议发表的《人类环境宣言》，规定了关于人类对全球环境的权利和义务的共同原则。30多年来，世界各国一直在研究人类与环境的关系，并形成了许多共识，人们的环境意识在不断增强。10.2环境系统的运行与生态平衡一.地球大气物理系统1.地球大气的组成地球大气圈是地球表面最主要的圈层之一，主要由氮和氧组成。在地心引力、太阳辐射和大气运动的共同作用下，产生着复杂的运动过程，形成了适宜于生物繁衍生长的地球表面环境、温度和大气成分。大气中原来几乎没有氧，氧气是在地球上出现原始生命以后，主要由植物的光合作用产生的。光合作用时地球大气圈中的二氧化碳逐渐减少，氧气逐渐增多，同时在地球大气高层出现了臭氧层，从此地球上的生物开始繁衍起来。地球大气由多种气体混合组成，主要包括干洁大气、水汽和气溶胶三种形态。在85公里高度一下各种气体成分中，一般分为两类。一类是基本不变成分，主要是氧、氮、氩及微量惰性气体，各成分大致保持不变；另一类是可变成分，包括水汽、二氧化碳和臭氧，其中二氧化碳和臭氧占的比例小。水汽比例随时间、地点而变，并有相变，是形成局域地区天气变化的主要原因。二氧化碳和臭氧的含量的变化也影响气候和生物的安全，特别是近年来出现的温室效应和臭氧洞，已引起人们的广泛关注。此外，还有一些如一氧化碳、二氧化氮、甲烷、二氧化硫等微量的碳、硫、氮化合物，尽管含量少，但对人类的健康和环境的影响很大。随着人类活动的增加和生产力的发展，这些化合物的浓度在不断增加。干洁大气或干空气中，氮、氧、氩三种气体占了空气容积的99.996%。大气中的氧气主要来源于植物的光合作用，植物吸收二氧化碳放出氧气。而有机物的呼吸和腐烂以及燃料燃烧又吸收氧气、放出二氧化碳。因此在生物圈中，碳循环和氧循环是密切相关的。臭氧是高层大气中O2吸收太阳紫外辐射光子或被光子碰撞离解出的氧，再与其它O2结合的产物（O3），主要分布在10-50公里高度处。臭氧对微生物具有极强的杀伤力，对太阳紫外辐射具有强烈的吸收作用。臭氧层因吸收和阻挡部分太阳紫外辐射能量，能使地球表面平均温度降低1-2，也保护了地球上的生命。如果没有臭氧层的存在，地球生物圈就不可能存在。近年在南极、北极和我国青藏高原上空相继发现臭氧洞，这不得不引起人们的高度警惕。大气中的碳、硫、氮化合物，虽含量少，但它们可以影响大气的辐射平衡，有的能形成改变土壤化学成分的酸雨，有的对人体和动植物产生直接危害。碳的化合物中，最重要的是二氧化碳。它对大气的能量平衡和气候变化起着重要作用。海洋是全球大气圈中二氧化碳浓度的“调节器”。高纬度寒冷洋面主要起吸收二氧化碳的“汇”的作用，而热带低纬度洋面则是释放二氧化碳的源，深海水流能把一部分二氧化碳从高纬度区域带向低纬度区域。因此，二氧化碳是在地圈（地壳）、大气圈（大气层）、水圈（海洋）和生物圈之间循环的。大气中二氧化碳含量的变化主要是人类对煤、石油、天然气等燃料的燃烧所引起的，火山喷发及碳酸盐矿物、浅地层土壤也释放二氧化碳，但相对于燃料燃烧的而言是微量的。二氧化碳能强烈地吸收地球表面发出的长波长辐射，并放出长波辐射能，从而产生“温室效应”而改变大气热量平衡和影响全球气候。其后果是，大气上升1～2，从而使极地冰川融化，洋面升高数米，海水淹没沿海城市和土地，形成严重干旱、洪涝灾害性天气。当然，气候变化不仅仅是二氧化碳浓度升高引起的，还有其它因素。大气中硫化物主要是二氧化硫和硫化氢。硫化物来自于地球表面，土壤分解、生物体腐烂、火山爆发噢度可能释放二氧化硫和硫化氢。但目前，它们主要还是人类在燃烧煤和石油时释放的，大城市、工业区的二氧化硫浓度相当大。二氧化硫及其生成物产生的酸雨对生态环境会产生严重危害。氮化合物也是酸雨的重要成分，工业及交通工具在使用燃料的过程中都要释放NO2和NO1等氮化合物，它们能溶于雨滴中生成硝酸及硝酸盐降落到地面。大气中水汽来自地球表面（海洋表面）及陆地的水的蒸发。蒸发的水汽上升到凝结高度凝结成云，形成降水后又降到陆地和海洋上。降到落地的水，一部分流入和硫、湖泊，一部分渗入地下而成为地下水，然后又从河流和地下径流流入海洋。水汽在环流作用下，在大气、陆地和海洋之间周而复始地循环。大气中的水导致云、雾、雨、雪、雹等复杂的天气现象。水汽饱和，则形成降水。饱和水汽压是大气温度的函数，大气温度越高，饱和水汽压越大。大气温度高也有利于地球表面水分的蒸发，所以在温暖的森林和水面附近，大气水汽的含量较高。2.大气层结构大气系统是一个热力学系统，该系统是研究地圈、水圈和生物圈的物质、能量循环的基础，为了简化，有时可看成是理想气体系统。地球大气圈为层状结构。常用的分层方法如下：（1）按大气的温度结构分为对流层、平流层、中层和热层。对流层是最接近地球表面的一层大气，其高度随纬度和季节变化。太阳辐射是地球表面和大气的主要能量来源。在大气吸收的总能量中，直接吸收的太阳辐射能约占10%，吸收地面发射的红外辐射约占90%。底层大气受到地面加热，产生强烈的垂直运动，因此对流层内大气温度的垂直分布主要受大气与地面辐射热量交换和大气的对流及湍流运动的控制，总趋势是温度随高度降低。对流层内集中了大气质量的3/4和几乎全部水汽，又有强烈的垂直运动，因此主要的云雾雨雪天气都发生在这一层内。因此，对流层是生物圈中对人类生产生活影响最大的一层，该层的一些物理过程直接影响到污染物的迁移扩散和稀释转化。由平流层向上50公里左右的高度称为平流层。在平流层下部，温度随高度变化很少，而在中上部，由于臭氧层吸收太阳紫外辐射，温度随高度显著增加，到50公里附近达到最大值-3左右。平流层水汽含量少，对天气的影响几乎没有。从平流层顶到80～85公里称为中层。中层内大气对太阳辐射的吸收少，温度随高度降低，到顶部温度只有180K。该层是地球大气圈层中最寒冷的部分。中层内水汽极少。还由于尘埃很少，大气的透明度很高。热层是中层以上的大气层。该层内，温度始终随高度增加。太阳辐射中波长小于0.17微米的紫外线几乎被分子氧和原子氧吸收而使该层温度升高。此外，太阳的微粒辐射和宇宙射线也影响该层的热状况。在100公里以上，大气的热传输主要是热传导过程。该层分子稀少，热导率低，垂直温度梯度大。热层温度约1000K以上，是大气中温度最高的层。（2）按成分结构，可分为均质层、非均质层。从地球表面到80公里左右包括对流层、平流层、中层在内，由于湍流扩散作用是大气混合均匀。除臭氧等可变成分外，大气的各种成分比例在垂直方向和水平方向都保持不变。这一层称为均质层。均质层以上的大气层称为非均质层。在这一层内，由于重力作用及光化学作用，平均密度随高度减少。地球大气的绝大部分质量集中在包括对流层和平流层在内的50公里以下。另外按大气的电离结构还可分为电离层和磁层，按大气压力结构可分为气压层和外大气层。整个大气层与外界（地面和大气层外）有物质（如水汽等）和能量（如辐射能）交换，因而是一个开放的热力学系统。所谓开放系统是指与外界既有能量交换又有物质交换的系统。如果忽略物质交换时，则可视为封闭系统。所谓封闭系统是指只与外界有能量交换而没有物质交换的系统。而孤立系统是指与外界既没有物质交换也没有能量交换的系统。描述大气系统状态和物理性质的物理量主要有大气压强、温度、密度、湿度和辐射等，这些物理量在大气中都处于变化之中并彼此相互制约。

地球大气的空间状态是复杂的，大气的温度、密度和压强等随高度是变化的。这些参数对天气预报、航空、军事和空间科学都十分重要。因此人们通过高空探测的资料和理论，规定了一种特性随3标准大气模型高度平均分布且最接近实际大气状况的大气模型，称为标准大气模型。在这个模型中，假定大气是干燥的，在85公里以下是均匀混合气体，把空气作为理想气体处理，且处于静力学平衡，。海平面大气的常用特性值如下：空气平均摩尔质量为，重力加速度，大气压强 ，大气密度，大气温度T0=288.15K。二.环境系统的物质、能量传输与交换过程

地球环境与大气系统的能量主要是太阳的辐射能，它从根本上决定了地球环境与大气系统的热力学状况。在这个系统中，任何物体都以电磁波的形式向外辐射电磁波能量，同时也接受来自周围的电磁波能量。万物都在进行辐射能量的交换。太阳向外发出各种波长的电磁波，通过电磁波把能量传播到大气层和地球上，这是地球上的绝大部分能量的来源。地球上的大气运动和一切生物的活动能量都来自于太阳。太阳是地球和整个太阳系光和热的主要源泉。它不断地进行着氢核聚变，因此有巨大的能量向外辐射，不仅发射电磁辐射，还有很强的微粒辐射。太阳光和太阳大气时常处于剧烈的运动过程中。太阳活动的强弱具有周期性，它直接影响到地球对太阳辐射的接受，也是引起气候变化的一个原因。地球除了自转外，还不停地绕太阳公转，于是地球上产生了昼夜的交替和季节的变化。根据太阳直射与斜射的程度、昼夜长短随纬度的不同和随季节的变化，可把地球南北半球各分成三个纬度带，即热带、温带和寒带。土壤圈与大气圈、生物圈有着密切的联系。地面吸收太阳的能量会使土壤的温度升高，使水分蒸发，进而导致土壤中热量和水分的流动，还能使土壤中的气体扩散。土壤中的热、水、气的流动形成了与植物、小动物和微生物生存密切相关的土壤气候。土壤中的热流量影响土壤温度。土壤温度与近地层空气温度有关，反之也然，它们都深刻地影响着局域气候和植物的生长。土壤的热学性质主要由导热率、热容量描述。地球表面(陆地、海洋)与大气之间动量、热量和水汽通量的输运对大气环流和气候有重要影响。湍流交换或混合构成了地球—大气之间质量、能量和能量的交换机制。海洋界面比陆地界面均匀得多。海洋与大气相互作用能在多种时间和空间尺度上导致动量、物质和能量的交换。一方面，海洋是大气水分循环中水汽的主要来源，另一方面海洋表面受大气风的拖动作用而引起风驱动的洋流。再之，由于海洋热容量大，故海洋具有贮存巨大能量的能力。地球表面植被的分布及其与大气之间的物质、能量的输运对局域气候也产生着重要的影响。植被冠层内太阳辐射状况对植物的生长和产量的形成十分重要。因此，太阳辐射是决定植被冠层生命活动过程的重要因素之一，也是影响植被冠层生产力的主要生态因子。森林植被对大气边界层结构、大气环流等有重要作用。生物圈与大气圈物质、能量输运的陆面物理过程主要表现在三个方面：一是陆地表面与大气之间的辐射能量交换，二是陆地表面粗糙元对大气运动的摩擦拖动作用，三是陆地表面与大气之间的感热和潜热交换。在土壤-植被-大气系统的环境经物理过程存在水的循环和热的循环两个基本过程。水是不断输运的重要物质，蒸发从地球水面、土壤以及雪原上连续不断地发生，土壤中的液态水被植物吸收后通过蒸腾作用以水汽的形式释放到大气中。来自土壤的蒸发和来自植物的蒸腾过程和称为蒸散。蒸散是水循环的基本环节，而且在水的相变过程中涉及到大量的能量转移。在近地面层时刻进行着水的循环和热能循环两个基本物理过程，它们直接影响局域气候和生态系统。三.生态系统与生态平衡

1生态系统及其组成和分类

一个物种在一定空间范围内的所有个体的总和称为生物种群，所有不同种群的生物的总和称为生物群落，生物群落连同其所在的物理环境则共同构成生态系统。也就是说，生态系统是生命系统各部分之间、生命系统与环境系统之间相互作用和相互制约且不断演变而在特定空间达到相对稳定状态的一种组合。其特征是生态系统内部及其与外部之间存在着能量的流动和由此推动的物质循环。

生态系统是多样化的，如一片森林、一片草原、一个湖泊、一条河流等都是生态系统。按其环境特点，生态系统可分为陆地生态系统、水域生态系统。其中陆地生态系统，根据植物群落的特点和结构，又可分为森林生态系统、草原生态系统、荒漠生态系统和冻原生态系统等。水域生态系统则包括海洋生态系统、淡水生态系统、湖泊生态系统、河流生态系统、湿地生态系统、岛屿生态系统等。按照形成条件，生态系统可分为自然生态系统（如原始森林、河流、山脉等）、人工生态系统（如水库、农田、城市、乡村、工矿区等）和半自然生态系统（如放牧的草原、人工森林、养殖湖泊等）。生态系统具有等级结构，即较小的生态系统组成较大的生态系统，简单的生态系统组成复杂的生态系统，最大的生态系统是生物圈。

任何一个生态系统都由两大部分组成即生物群落和物理环境。物理环境包括阳光、氧气、二氧化碳、水、无机盐，还有生物残体（如落叶、秸秆、动物和微生物尸体）及其分解产生的有机物。物理环境除了给生物提供能量和营养外，还为生物提供生命活动需要的媒质如土壤、空气和水等。而活的生物群落是构成生态系统精密有序结构和使其充满活力的关键因素，各种生物在生态系统中发挥其各自的作用，充当不同的生命角色即生产者、消费者和分解者。生产者的主体是绿色植物以及能够进行光合作用的菌类。生产者吸收太阳能并利用无机营养元素（碳、氢、氧、氮等）合成有机物，将吸收的一部分太阳能已化学的形式贮存在有机物中。由于它们能够合成构成自身有机体的各种有机物，故称之为自养生物。消费者主要指动物，它直接或间接利用生产者所制造的有机物作为食物和能源，包括食草动物、食肉动物、寄生生物和腐食动物。分解者主要是细菌和部分真菌，还有一些原生动物和腐生动物，它们以动植物残体或排泄物中的有机物作为食物和能量来源，通过新陈代谢作用，把有机物分解为简单的无机物并最终还原为植物可利用的营养物。消费者和分解者被称为异养生物，因为它们不能直接利用太阳能和物理环境中的营养元素。2生态系统的物质循环与能量流动

在生态系统中，物质从物理环境开始，经生产者、消费者和分解者，又回到物理环境，完成一个由简单无机物到各种高能有机化合物，最终又回到简单无机物的生态循环。通过该循环，生物得以生存和繁衍，物理环境得以更新并变得越来越适合生物存在的需要。在这个物质的生态循环中，太阳能以化学能的形式被固定在有机物中，供食物链上的各级生物利用。推动生物圈和各级生态系统物质循环的动力，是能量在食物链中的传递即能量流。与物质的循环运动不同的是，能量流是单向的，它从植物吸收太阳能开始，通过食物链逐级传递，直至最后一环。在每一环能量转移的过程中都有一部分能量被有机体用来推动自身的生命活动（新陈代谢）,随后变为热能耗散在物理环境中。生态系统中各种生物数量按能量流的方向沿食物链递减，处在最基层的绿色植物的量最多，其次是食草动物，再次是各级食肉动物，新成一个生态金字塔。只有当生态系统生产的能量与消耗的能量大致相等时，生态系统的结构才能维持相对稳定的状态，否则其结构就会发生剧烈的变化。3.生态平衡

每一个生态系统都在不断地进行能量交换和物质循环。所谓生态平衡是指在一定时间内，生态系统中的生物与环境之间，每个生物种群之间，通过能量流动、物质循环和信息传递，使它们相互间达到高度适应、协调和统一的状态。在生态平衡状态下，生态系统结构处于相对稳定的状态，其物质和能量输入输出接近相等。这种稳定表现在两个方面：一是生物种类（动物、植物、微生物）的组成和数量相对比例稳定，二是物理环境（空气、阳光、水、土壤等）保持相对稳定。生态平衡是一种动态平衡，生态系统的各个组成成分都在按一定的规律运动着、变化着，系统中能量在不断地流动，物质在不断地运转，整个系统时刻处于动态之中，生物个体会不断发生更替，但总体上看系统保持稳定，生物数量没有剧烈变化。生态系统之所以能够保持动态平衡，主要是由于其内部具有自动调节能力，例如环境对污染有自净能力。但是生态系统的调节能力再强，也是有限度的。超过了一定限度，生态系统的平衡就会受到破坏，比如一些物种的种群规模发生剧烈变化甚至可能消失，也可能产生新的物种。但这种变化会带来不利的后果，导致生态系统的调节能力被削弱。生态平衡破坏的原因有自然因素，也有人为因素。自然原因主要指自然界发生的异常变化，如火山爆发、山崩海啸、水旱灾害、地震、流行病等等，都会使生态平衡遭到破坏。人为因素主要指人类对自然资源的不合理利用和工农业生产的大量污染物进入环境后引起的生态环境的破坏。人类对生态系统的破坏影响主要表现在三个方面：一是大规模地把自然生态系统转变为人工生态系统，严重损害了生物圈的正常运行，如过度的农业开发、围湖造田、城市化等；二是过量取用生物圈中的各种资源包括生物的和非生物的，如森林砍伐、动物捕猎、过度利用水资源等；三是向生物圈大量输入人类活动的产品核废物，严重污染核毒害了物理环境核生物组分包括人类本身，如化肥、杀虫剂、除草剂、工业三废和生活垃圾等。生态平衡破坏的结果是，动植物生存环境因素和信息系统破坏，影响生物繁殖，造成生物物种的组分改变，一些物种减少或灭绝，另一些物种突然出现或剧增。生态系统失去平衡，会发生严重的连锁性后果。如，五十年代，我国曾发起把麻雀作为四害消灭的运动，在大量捕杀麻雀后的几年里，却出现了严重的虫灾，这是因为害虫没有了天敌而大量繁殖的结果。我国大炼钢铁时期，大量砍伐森林，使植被破坏，造成水土流失和水调节能力破坏，以致于留下洪涝、旱灾、沙尘暴等频发的隐患。生态平衡的破坏带来的恶果是很难弥补的。因此人类活动要遵守生态平衡规律，维护生态平衡。10．3人类面临的环境问题一.自然灾害“自然灾害”属于自然发生的环境问题，是指发生在自然界中的异常现象。有地震、火山爆发、泥石流、海啸、台风、洪水等突发性灾害，也有地面沉降、土地沙漠化、干旱、海岸线变化等在较长时间中才能逐渐显现的渐变性灾害。认识自然灾害，有助于人们对环境的关注和加强对生命的保护。地震是大地的振动。它起源于地下某一点，该点称为震源。振动从震源传出，在地球中传播。地面上离震源最近的一点称为震中，它是接受振动最早的部位。威力也最大，会造成人员伤亡与经济的损失，全球每年发生地震约500万次。火山爆发是世界各地都可能发生的自然灾害，爆发时可能会流出灼热的红色熔岩流或是喷出大量的火山灰和火山气体。这样的自然浩劫可导致成千上万人伤亡的惨剧，而且会导致大气污染。不过由于火山附近无人居住，大多数火山爆发对生命和财产只造成轻微的伤害。

海啸是一种极具破坏力的海浪。这种波浪运动引发的狂涛骇浪汹涌澎湃，可卷起高达数十米的海涛。2004年印度洋大海啸冲上陆地后所向披靡，造成对生命和财产的严重摧残，至今人们仍心有余悸。龙卷风长期以来一直是个谜，龙卷风的袭击突然而猛烈，产生的风是地面最强的。由于它的出现和分散都十分突然，所以很难对它进行有效的观测。泥石流常突然爆发，携带巨大的石块高速前进，具有极大的能量，因而破坏性大。在适当的地形条件下，大量的水体浸透山坡或沟床中的固体堆积物，使其稳定性降低，饱含水分的固体堆积物在自身重力作用下发生运动，就形成了泥石流。干地覆盖了全球40%的陆地面积，供养着世界上1/5的人口。这些干地的沙漠化是由于植被和可利用的水减少、作物产量下降以及土壤侵蚀引起土地退化。目前，沙漠化的速率是每年6万平方千米或每年0.1%的总干地面积。干旱和旱灾从古至今都是人类面临的主要自然灾害。即使在科学技术如此发达的今天，它们造成的灾难性后果仍然比比皆是。自古以来，洪涝灾害一直是困扰人类社会发展的自然灾害。我国有文字记载的第一页就是劳动人民和洪水斗争的光辉画卷——大禹治水的故事。时至今日，洪涝依然是对人类影响最大的灾害。我国长江连年洪灾给中下游地区带来的极大损失，严重损害了社会经济的健康发展。这些自然灾害有的是在自然规律的作用下发生的，有的则和人类对环境破坏之间又有着复杂的相互联系。例如洪灾、旱灾土地沙漠化以及泥石流与人类对植被的破坏有直接关系，森林和植被的破坏导致水土流失、蓄水能力减弱等是重要原因。地震、海啸、火山爆发、台风等自然灾害的发生是有规律可循的，可以通过科学仪器预测的，准确的预报可以大大减少损失。人们要从科学的意义上认识与了解这些灾害的发生、发展以及尽可能减小它们所造成的危害。二.化学物质污染大气污染对环境污染最严重的算是大气污染。大气（由混合气体、水汽气和杂质组成）除去水汽和杂质，其主要成分是氮气（占78.09%）、氧气（占20.94%）、氩气（占0.93%）及其它各种含量不到0.1%的微量气体(如氖、氦、二氧化碳、氪等)。一个人可以7天不吃东西，5天不喝水，但若断绝空气5分钟就会死亡。在干洁的大气中，微量气体的组成也许微不足道，但在一定范围的大气中，出现了原来没有的微量物质时，就可能对人、动物、植物产生不利影响和危害。大气中一些物质的浓度达到一定程度时，就会破坏生态系统、危害人类正常生存和发展，这种情况叫做大气污染。造成大气污染的原因，主要是工业废气、燃烧、汽车尾气和核爆炸等。大气污染的主要污染物是烟尘和有害气体，可以分为天然污染物和人为污染物两类，主要来源于燃料燃烧（包括交通污染源）和大规模的工矿企业的废气排放包括：颗粒物，指大气中液体、固体状物质，又称粉尘；硫氧化物，是硫的氧化物的总称，主要有二氧化硫、三氧化硫、三氧化二硫、一氧化硫等；碳的氧化物，主要包括二氧化碳和一氧化碳；氮氧化物，是氮的氧化物的总称，包括氧化亚氮、一氧化氮、二氧化氮、三氧化二氮等；碳氢化合物，是碳元素和氢元素形成的化合物，如甲烷、乙烷等烃类气体；其它有害物质，如重金属类、含氟气体、含氯气体等。现在我国城市垃圾产生量已接近每年1.4亿吨，处理率仅54.2％，无害化处理率更低。工业危险废物产生量每年约1000万吨，1/3没得到安全处置。这些垃圾和废物也会散发和产生有害物质进入大气。对大气污染起主要作用的颗粒状污染物质，其颗粒大小在0.001~100μm之间。由化工厂、冶炼厂等排放出来的颗粒状污染物质(氯化铵、氧化锌、氯化镁、二氧化硫雾滴、油状烟雾及碳黑等)的粒度，大多数在1μm以下。粒度在0.3~0.6μm之间的各种浮游物，它们能吸收光线并引起光散射，成为污染区域内视程恶化的主要原因，使得生活在大城市的人们很难看到蔚蓝的天空。大气中的污染物对局部地区和全球气候都会产生一定影响，尤其对全球气候的影响。燃料中含有各种复杂的成分，在燃烧后产生各种有害物质，即使不含杂质的燃料达到完全燃烧，也要产生水和二氧化碳。正因为燃料燃烧使大气中二氧化碳浓度不断增加，破坏了自然界二氧化碳的平衡，以至引发“温室效应”（“温室效应”在后面有专门的阐述），使地球气温上升。污染物质进入人体，会破坏人体的平衡机制，引起各种疾病。大气被污染后，大气中的有害物质主要通过下述三个途径侵入人体：(1)通过直接呼吸而进入人体；(2)附着在食物上或溶于水中，随饮食而侵入人体；(3)通过接触或刺激皮肤而进入到人体。其中通过呼吸进入人体是主要的途径，危害也最大。中国与美国的一项联合研究证明，我国一些城市的大气污染已影响到儿童的肺功能。世界银行在上世纪末一项研究表明，我国主要城市中，每年约有１７.８万人因大气污染危害而过早死亡，由于大气污染致病而造成的工作日损失达每年７４０万人次。我国大气环境质量标准分三级，一级标准空气质量最好，超过三级标准的大气，身体会受到伤害。2003年国家掌握监测数据的340个城市中达到空气质量标准二级以上的城市有142个，占41.7％；超过三级标准的城市91个，占26.8％。可见大气污染已到了非治不可的时候。2.水体污染水是生命之源。现估计地球上水的总量为13.6亿立方千米，其中97.3%是不能直接饮用或工业用的海洋咸水，淡水只占2.7%。淡水资源中冰山、冰冠中的水占77.2%，地下水和土壤中水占22.4%，湖泊、沼泽水占0.35%，河水占0.01%，大气中的水占0.04%，便于取用的水只是河水、淡水湖泊的水和浅层地下水，仅占地球总水量的0.2%左右。为数不多的水量的时空分布及水质的优劣，直接制约着万物兴衰，影响着人类的生存和发展。而人们在水的使用方面往往有浪费。尤其是大量废水、废弃物未经适当处理，就直接排入水体中，造成了许多水源的污染，降低了水质，减少了水源的利用价值。由于一定量的污水、废水、各种废弃物等污染物质排入水域而超出这些水体的自净能力时，水质就会变坏，称为水体污染。常见的水体污染物有：（1）病原性微生物，如伤寒杆菌、痢疾杆菌、霍乱弧菌等，将引起传染病的流行传播；（2）植物营养物，如氮、磷、钾等引起水质富营养化，恶化水质；(3)无机化合物，如酸、碱、盐等，进入人体引起疾病，也影响农用水质，导致作物品质退化；（4）各种油类物质，阻碍水体复氧能力，破坏水的自净作用；（5）有毒化学物质，主要是重金属和难溶于水的有机物；（6）原子能反应堆排出的放射性物质。常见的水污染途径有：工业生产废水排放；城市生活污水排放；农用污水灌溉；固体废物或废物垃圾经水溶解或随雨水流入水体；工业烟尘直接降落被雨水淋洗流入水体；天然污染源使水体污染本底含量高，等等。随着工业化进程的不断加快，人类排入水中的污染物的种类和数量在急剧增加。全球每年向海里倾倒的垃圾多达200亿吨，其中包括塑料、工业废料、放射性废物以及各种生活垃圾。海水的污染破坏了海洋生态系统，世界渔业为此遭受巨大损失，沿海居民的健康受到严重威胁。五百多年前，人们就认为饮用流经大城市的河水是危险的。排水系统的铺设和清洁剂的使用，使水道和湖泊中的磷酸盐含量日益增多，导致藻类迅猛繁殖，从而消耗了水中的氧，导致鱼类死亡，恶化生态系统。此外，由于工业废水未经妥善处理即排放出来，其中所含的汞化合物和其它重金属也造成严重的水污染。汞通过食物链的进程逐渐集中，最后对吃鱼的鸟或人类造成严重的神经损坏。

与地表水一样，地下水也受到了污染的威胁，这主要来自于地表或土壤水的下渗。农用氮肥及垃圾中的油、酚污染着地下水。氮肥中的硝酸盐一旦进入地下，便转变为亚硝酸盐，它在人体中能够转变成致癌物质。有些地方，地面植被的破坏和湿地的排水减少了地表水的渗透，从而降低了潜水面；由于城市和工业的过度需要，淡水不断被抽出作为生活和工业用水，然后作为地表污水重新排放，因而还会导致潜水面的进一步下降。在干旱地区，被水渗透的土地由于异常的蒸发作用，引起地下水中盐类的沉淀，迟早会变成不毛之地。在1997年召开的第一届世界水资源会议上，就有专家指出：水资源正在减少，而且97%的水资源已被污染，现在世界上已有20%的人口难以得到清洁水，50%的人口难以得到卫生水。水危机已成为本世纪城市里“最容易引起争端的问题”。2005年哈尔滨水污染事件，由于我国政府处理得当，才不至引起中、俄两国争端。虽然我国是水资源大国，但人均水资源只相当世界人均水资源的1/4，在世界各国中排名第110位，被列为全球13个人均水资源贫乏的国家之一。与此同时，我们的江河湖库水域普遍受到污染。我国地面水环境质量标准分五类，一类水最好，源头没有任何污染，三类以上的可作饮用水源，最差的五类水可用于农业灌溉。2003年七大水系407个监测断面中，一至三类的水仅占38.1％，劣五类的水占29.7％，接近1/3的水用于农业灌溉都不合格，可见其污染之重。减少水污染，提高水资源利用率已经刻不容缓。3.土壤污染

土壤是陆地表面能够生长植物的疏松表层，是生命活动中不可或缺的重要物质。土壤由矿物质、有机物质、水和空气组成，因此土壤是十分复杂的系统。在自然状态下，土壤中进行着与环境条件相适应的地质淋溶过程和生物累积过程。从环境科学的观点出发，土壤圈在环境中起着如下几个方面的作用：（1）土壤中生活着各种各样的微生物和土壤动物，对从外界进入土壤中的各种物质可以进行分解、转化和改造。因此可以说土壤是一个净化系统，或者说土壤具有自净功能。（2）土壤中存在着一个较复杂的胶体系，通过吸附、代换等过程，对环境中的分子态和离子态物质起着蓄积的作用。土壤又是一个多孔体，对外来物质起着“过滤”的作用，使之存留于土壤之中。（3）土壤中的污染物可能通过植物吸收而转移到植物体内，再作为食物传递给人体。

工业和生活中的大量废物、废水、废渣，农用化肥、农药品种和数量的增加，会使土质改变，影响土壤物质循环。当某些污染物质在土壤中累积到一定程度，超出了土壤的自净能力时，就会破坏原来的生态平衡，土壤质量变坏，称为土壤污染。它表现为污染物在土壤中大量累积，直接或间接危害植物的生长，使某些有害物质在植物中累积而影响其经济价值和造成对人体的危害。例如，日本的富山冶炼厂排出的含镉废水和废气污染了附近的农田，使稻田土壤含镉量达，由这种土壤长出的稻米含镉良平均为

，该地区的居民长期食用这样含镉量高的稻米，以致产生“骨痛病”，这就是举世闻名的因土壤污染造成的公害病。

土壤联系着有机界和无机界。土壤质量的好坏将会直接或间接影响到植物生长及其质量，并通过食物链而影响到人体的健康。因此，研究土壤污染问题具有环境效益、经济效益和社会效益。此外，土壤是自然环境的一个重要因素，土壤污染对地面水、地下水、生物、大气等环境要素有直接或间接的影响。研究土壤污染问题必须考虑与这些诸要素之间的联系。土壤是绿色植物的生长基地，绿色植物对净化人类生存环境是极为重要的。绿色植物在环境保护中能净化空气，降低有害气体浓度，减少空气中的细菌和灰尘，净化污水，保持水土，涵养水源，调节气候，防风固沙，保持农田等。例如，细流通过30~40米宽的林带能使其含氨量减少到原来的（50~67）%，混浊的有颜色的水流经宽阔的林带后会变得清澈、透明，细菌含量减少90%，一亩松林的叶表面一个夏季向空气中输送1.42×105kg的水，周围200~300米范围内气温下降3~4度；空气中氧气的60%来源与绿色植物。一些科学家经过认真的研究认为，假如世界上没有森林，陆地上生物产量的91%将消失，450万个生物物种将灭绝；全世界70%的淡水将白白流入大海，人类将会出现水危机；许多地区将发生洪水灾害；大批农田、城市将被洪水淹没；空气污染、太阳辐射将增加，人类将无法生存。总之没有森林就没有人类。

近十几年来，世界森林资源遭到了严重的破坏。据估计从1950年到1975年，世界森林覆盖面积已由50亿公顷减至26亿公顷，缩小了近一半，而且仍以每年2000万公顷的速度被破坏。由于滥伐森林，滥垦草原和气候变化等因素，土壤植被遭严重破坏，水土大量流失，在干旱和半干旱地区，使大片大片的土地沙漠化。现在沙漠化威胁着全球三分之一的陆地面积。在近半个世纪里，非洲的撒哈拉大沙漠向南扩大了65万平方公里，全世界每年有500万～700万公顷耕地变成沙漠，有64个国家面临沙漠化威胁。沙漠化已是当今世界上最严重的社会、经济和生态环境问题之一，日渐成为人们关注的焦点。我国的情况甚为严重，由于滥伐森林和垦荒种田等原因，大量植被遭破坏。我国本来是世界上生物多样性最丰富的国家之一，但目前破坏很严重，珍稀物种处于濒危状态，有些已经绝迹，品种资源锐减，野生种源大量流失，外来物种危害加剧。近十年来，我国国有森林面积减少了23.1%，森林蓄水量下降了22%。水土流失严重，黄河下游河床每年抬高10cm，严重威胁到下游地区的安全。更可怕的是，长江也有可能变成第二条“黄河”。全国200多个贫困县都属于水土流失严重地区。至1998年底，我国荒漠化土地总面积已经达到262.2万平方公里，占国土陆地总面积的27.3%。荒漠化对气候也产生了严重影响，地表由于缺少植被覆盖，沃土被风刮走，致使西北、华北等地区频繁发生沙尘暴天气，仅2000年春天的几个月中就达到了十多次，严重影响了人们的生活及工农业生产的发展。沙漠化使土地肥力持续下降，每年因沙漠化灾害使粮食减产达200多亿公斤。全国每年因沙漠化造成的直接经济损失达540多亿元。4.臭氧层的破坏大气臭氧层的破坏被认为是人类当前面临的最严重的全球环境问题之一。臭氧是地球大气中的一种微量气体组分，是一种淡蓝色具有特殊臭味的气体，其总量只占大气的百万分之几。它是氧气的同素异形体，化学式为O3，大部分臭氧出现在离地面10~50km处，而最集中是在离地面20~30km的大气平流层中，被称为大气臭氧层。臭氧起着净化大气和杀菌的作用，并可以过滤掉大部分有害的紫外线，减少对地球生态系统和人体的伤害，因而臭氧是地球生命的“保护神”。

平流层的臭氧层是臭氧不断产生又不断被破坏分解两个过程平衡的结果。1985年，英国国家环境研究委员会南极考察队的科学家乔·福曼等人首次向世界报导，1980—1984年间，南极上空出现了臭氧洞。所谓南极臭氧洞是指南极地区上空大气臭氧总含量季节性大幅度下降的一种现象，井非真正出现了洞。为了给臭氧洞一个相对明确的定量化概念，世界气象组织（WMO）建议将臭氧总量下降至200个臭氧单位以下的区域称为臭氧洞。更令人们担心的是，1987年科学家又发现在北极的上空也出现了臭氧洞，科学观测表明北极臭氧层有高达2／3的部分已经受损。我国科学家通过卫星资料和实地考察，于1999年发现青藏高原上空夏季有一个“臭氧低谷”的存在，这一重大的科学发现首次揭示出在地球中低纬度上空大气臭氧损耗的现象。2000年9月3日南极臭氧洞面积达到2830万平方千米，相当于美国领土面积的3倍，是迄今为止观测到的最大的臭氧洞。预计在今后的20年内，臭氧层将处于最脆弱的状态。是谁破坏了臭氧层？围绕着臭氧洞形成的原因曾争论不一，众说纷纭，先后提出过多种假说。基于大量研究结果，科学家们已清楚地认识到破坏臭氧层的罪魁祸首不是自然界本身，而是人类自己。科学研究证实，现代工业向大气中释放的大量氟氯烃(CFCs)和含溴卤化烷烃哈龙(Halon)是引起臭氧减少的主要原因。氟氯烃(chlorofluorocarbon，缩写为CFCs)，即氟利昂，是1930年由美国杜邦公司生产的一种化学性质较稳定的化工产品，这种物质在大气中无味，在使用时对机器装置无腐蚀作用，对人体也无毒性，所以是一种颇受欢迎的产品。氟氯烃正常情况下为气体，高压下可变成液体。这种化学产品最初的用途是作为致冷剂，用在致冷的冰箱和空调的装置中。后来，人们又发现了氟氯烃可以用来压缩气体导致喷射，用作喷雾剂，还利用其抗冷与热的性能制成了软橡胶。以后随着工业的发展，性质稳定、不易燃烧、价格便宜的氟氯烃物质以及性质相似的卤族化合物，不仅大量应用于各种致冷空调设备中，而且广泛应用于灭火器、泡沫塑料及电子工业中，并且还帮助了计算机的革新。氟氯烃物质的出现，给工业生产和商业都带来了很大的生机，但直到1973年，一些科学家才开始想到一个问题，那就是这些化学性质很稳定而且被认为是无毒性的气体分子飘到那里去了?经研究证明：当氟氯烃升至大气平流层后，在太阳光紫外线的催化作用下，释放出大量的氯原子。一个氯原子自由基以惊人的破坏力可以分解10万个臭氧分子，而且其寿命长达75~100年，而由含溴卤化烷烃哈龙（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，并且氯原子自由基和溴原子自由基的协同破坏力远远大于两者单独的破坏能力。此外，CCL4、CHCl3和氮氧化物(超音速飞机的尾气和农业氮肥的施用)以及大气中的核爆炸产物也能破坏臭氧层。紫外线的波长范围为40-400μm，其中40-290μm为UV-C（紫外C）；290--320μm为UV-B（紫外B）；320--400μm为UV-A（紫外A）。波长越短能量越大，臭氧层能够吸收UV-C和部分UV-B。研究表明，如果大气中臭氧含量减少1％，达到地面的紫外线UV-B就要增加2％~3％。而UV—B可以严重地损伤地球上的生命。过量紫外线的危害如下：一是危害人类和动物的生命健康。适量的UV-B是人类健康所必需的，它可以提高人体的免疫力，增强人体抵抗环境污染的能力。然而当人体接受了超过其需要的UV-B剂量时，将导致白内障发病率增加，降低机体对传染病和肿瘤的抵抗能力，降低疫苗的应答效果，导致皮肤癌发病率爆发。大气中臭氧含量每减少1％，皮肤癌发病率将会增加1％~2％。二是改变植物的生物活性和生物化学过程，抑制植物的光合作用，降低其抵抗病菌和昆虫袭击的能力，降低农作物的产量和质量。三是危害水生生态系统。UV-B辐射能够穿透水面至水下10—15m的区域，过量的UV-B会杀死水中的微生物，削弱吸收地球上产生的CO2的50％的海洋生物的机能，降低水体自净能力，减少海洋经济产品的产量和质量。四是降低空气质量。EPA指出，当大气中臭氧含量减少25％时，城市光化学烟雾的发生率将增加30％。五是降低聚合材料的物理和机械性能，减少聚合和生物材料(木材、纸张、羊毛、棉织品和塑料等)的使用寿命。六是改变大气辐射平衡，引起平流层下部气温变冷大气环流的紊乱，破坏地球的辐射收支平衡。电磁污染19世纪60年代，麦克斯韦预言了电磁波的存在，20年后由德国物理学家赫兹首先实现了电磁波的传播，人类从此步入信息时代。今天，无处不在的无线通讯、卫星通讯、广播、电视、雷达等的广泛使用，对促进社会进步与丰富人类物质文化生活带来了极大的便利。目前与人们日常生活密切相关的手机、对讲机、家用电脑、微波炉等家用电器相继进入千家万户，给人们的学习、经济生活带来了极大的方便。当你在欣赏精彩的电视节目、驾驭计算机遨游网络世界时，或许你根本不会想到，那些充满整个空间的看不见也摸不着、无色无味、穿透三.物理性污染力强的电磁波正悄悄地侵蚀你的身体，影响你的健康，引发各种社会文明病。电磁污染是指天然的和人为的各种电磁波干扰，以及对人体有害的电磁辐射。天然电磁污染是某些自然现象引起的。最常见的是雷电，所辐射的频带分布极宽，雷电除了可能对电气设备、飞机、建筑物等直接造成危害外，还会在广大地区产生严重的电磁干扰。此外，火山喷发、地震和太阳黑子活动引起的磁暴等都会产生电磁干扰。天然辐射的强度一般对人类影响不大，雷电的瞬时冲击可致人、畜伤亡，但概率极小。可以认为自然辐射对人类并不构成严重的危害。人工电磁污染产生于人工制造的若干系统、电子设备与电器装置。人工电磁污染源主要有三种：（1）脉冲放电，如切断大电流电路时产生的火花放电。（2）工频交变电磁场，如大功率电机、变压器及输电线等附近的电磁场。（3）射频电磁辐射，如广播、电视、微波通讯等。目前，射频电磁辐射已成为电磁污染的主要因素。电磁辐射尤其是微波对人体健康有不利影响，主要表现在以下几个方面：（1）电磁辐射的致癌作用部分实验动物经微波作用后，可以使癌的发生率上升。调查表明，在2MGs以上电磁场中，人群患白血病为正常的2.95倍，患肌肉肿瘤的为正常的3.26倍。实验证明，电磁辐射使某些人体组织出现病理性增生，使正常细胞变为癌细胞。瑞士的研究资料表明周围有高压线经过的住户居民，患乳腺癌的概率比常人高7.4倍。美国得克萨斯州医疗基金会针对一些遭受电磁辐射损伤的病人所做的抽样化验结果表明,在高压线附近工作的工人，其癌细胞生长速度比一般人要快24倍。（2）对视觉系统的影响眼组织含有大量的水分，易吸收电磁辐射功率而产生白内障。强度更高的微波，则会使视力完全丧失。（3）对生殖系统和遗传的影响长期接触超短波发生器，男性可出现性机能下降，阳痿；女性出现月经周期紊乱。电磁辐射可能抑制精子生成或破坏排卵过程，影响男性或女性生育能力。高强度的电磁辐射可以产生遗传效应，使睾丸染色体出现畸变和有丝分裂异常。怀孕妇女在早期或怀孕前，如果接受短波透热疗法，或从事计算机、电视机终端视频操作，婴儿可能出现先天性畸形。（4）对血液系统的影响在电磁辐射的作用下，人体可出现白血球不稳定，主要是下降倾向，红血球的生成受到抑制，出现网状红血球减少。操纵雷达的人多数出现白血球降低。（5）对机体免疫功能的危害电磁辐射的作用使机体免疫功能降低，抵抗力下降。调查表明，受电磁辐射长期作用的人，其抗体形成受到明显抑制。（6）引起心血管疾病长期受电磁辐射作用的人，常发生血液动力学失调，血管通透性和张力降低，其心血管疾病会更易更早发生。（7）对中枢神经的危害神经系统对电磁辐射的作用很敏感，受其低强度反复作用后，中枢神经系统机能发生改变，出现神经衰弱症候群。瑞典研究发现，只要职场工作环境电磁波强度大于2MGs，得老年前期痴呆的机会比一般人高出四倍。（8）可以导致儿童智力残缺世界卫生组织认为，计算机、电视机、移动电话等产生的电磁辐射对胎儿有不良影响。如果在胚胎形成期受到电磁辐射，有可能导致流产；如果在胎儿发育期受到辐射，也可能损伤胎儿中枢神经系统，导致其出生后智力下降。据最新调查显示，我国每年出生的2000万儿童中，有35万为缺陷儿，其中25万为智力残缺，有专家认为电磁波辐射就是影响因素之一。现代人几乎人手一部移动电话，它的电磁波其实是很强的。在电脑前拨通移动电话，大家往往会发现电脑屏幕闪烁不断；在打开的收音机前拨通移动电话，收音机也受到很大的干扰。移动电话的影响和危害不但体现在对飞机、汽车等交通工具的危害上，而且对人体也有严重影响。

1991年英国劳达航空公司的那次触目惊心的空难导致223人死亡，事后据有关部门分析，可能是机上有人使用了笔记本电脑或移动电话等便携式电子设备，它释放的频率信号启动了飞机的反向推动器，致使机毁人亡。1996年10月巴西TAM航空公司的一架“霍克-100”飞机也莫名其妙地坠毁了，机上人员全部遇难，甚至地面上的市民也有数名惨遭不幸，这是巴西历史上第二大空难事件。专家们调查事故原因后认为，机上有乘客使用移动电话极有可能是造成飞机坠毁的元凶。近来有越来越多的证据表明，手机所使用的无线电波，被人体吸收后产生热效应，会使局部组织的温度升高，若一次通话时间过久，而且姿势保持不变，也会使局部组织温度升高，造成病变。另外也有研究发现，经常使用手机，会有头痛、记忆力减退等症状，这是因为手机无线电波所形成的非热效应所造成。长期使用手机会诱发脑癌，这种报道已不时见诸报端。2.光污染没有光线就没有色彩。对于人类来说，光和空气、水、食物一样，是不可缺少的。眼睛是人体最重要的感觉器官，人靠眼睛获得2/3以上的外界信息。虽然眼睛对光的适应能力较强，瞳孔可随环境的明暗进行调节，如日光和月光的强度相差10000倍，人眼都能适应。但是人长期地处于强光和弱光的条件下，视力就会受到损伤。现代的光源与照明给人类带来光文化，但是光源使用不当或者灯具配光欠佳都会对环境造成污染，对人类的生活和生产环境产生不良的影响。光污染是指各种光源（日光、灯光、各种反折射光及红外和紫外线等过量的辐射）对周围环境和人类生活和生产环境造成不良影响的现象。国际上一般将光污染分成3类，即白亮污染、人工白昼和彩光污染。（1）白亮污染阳光照射强烈时，城市里建筑物的玻璃幕墙、釉面砖墙、磨光大理石和各种涂料等装饰反射光线，明晃光亮、眩眼夺目。有研究发现，长时间在白色光亮环境下工作和生活的人，视网膜和虹膜都会受到不同程度的的损害，视力急剧下降，白内障的发病率高达45%。还使人头昏心烦，甚至发生失眠、食欲下降、情绪低落、身体乏力等类似神经衰弱的症状。夏天，玻璃幕墙强烈的反射光进入楼房内，增加室内温度，影响正常的生活。有些玻璃幕墙是半圆形的，反射光汇聚还容易引起火灾。烈日下驾车行驶的司机会出其不意地遭到玻璃幕墙的反射光的突然袭击，眼睛受到强烈刺激，很容易诱发车祸。（2）人工白昼夜幕降临后，商场、酒店上的广告灯、霓虹灯闪烁夺目，令人眼花缭乱。有些强光束甚至直冲云霄，使得夜晚如同白天一样，即所谓人工白昼。在这样的“不夜城”里，夜晚难以入睡，扰乱人体正常的生物钟，导致白天工作效率低下。人工白昼还会伤害鸟类和昆虫，强光可能破坏昆虫在夜间的正常繁殖过程。（3）彩光污染舞厅、夜总会安装的黑光灯、旋转灯、荧光灯以及闪烁的彩色光源构成了彩光污染。据测定，黑光所产生的紫外线强度大大高于太阳光中的紫外线，而且对人体有害影响持续时间长。人如果长期接受这种照射，可诱发流鼻血、掉牙、白内障，甚至导致白血病和其他癌变。彩色光源让人眼花缭乱，不仅对眼睛不利，而且干扰大脑中枢神经，使人感到头晕目眩，出现恶心呕吐、失眠等症状。科学家最新研究表明。彩光污染不仅有损人的生理功能，还会影响心理健康。3.放射性污染电离辐射也是一种严重威胁人类健康和生存的环境污染。我们知道，很多元素具有放射性，它们能自发地放射出α射线，β射线或γ射线，这是一种自然现象。实验证明，由放射性物质内部所放射出的α、β及γ粒子对生物的细胞具有极大的破坏性，当它们穿过生物体时，由于这些粒子具有极高的能量，能使生物体内的一些细胞分子发生电离，使电子从细胞内逃逸出来。由于它能破坏生物体内的细胞组织，所以对人体具有很大的危害性。通常把能使生物细胞产生电离的α、β及γ射线称为电离辐射。尽管X射线不是由物质的原子核内部发射出来的，但是因为X射线也具有足够的能量可能电离生物元素，所以把X射线也包括在电离辐射中。在1896年贝克勒尔最早发现放射性时，由于当时对放射性的危害性毫无认识，贝克勒尔在毫无防护的条件下长期从事放射性物质的研究工作，致使健康受到严重损害而过早地离开了人间。贝克勒尔是第一位被电离辐射夺去生命的科学家。

1986年发生在前苏联的乌克兰切尔诺利核电厂事故是至今为止最为严重的核事故。其放射性云团直达西欧，20万人离乡背井，8000人死亡，最近的评估认为死亡人数远不止这些。前苏联曾先后在位于萨克斯坦共和国境内的塞米帕拉金斯实验基地进行过470次秘密核试验，其中包括10次地面核爆炸试验。该试验场附近的居民患有种种怪病，距离基地下风向200km外的许多居民也成了核试验的间接受害者。其造成的影响大约相当于投到广岛的原子弹的1000倍。在1987年，巴西有人将块状的铯-137当作稀奇的纪念品送人。结果是这块含有放射性的石头导致4人死亡，有103人患病，而且在这个100万人口的城市中还有其它未知数量的人生病或死亡。事情发生在一个夏季闷热的下午，当时一些收废弃物的人在一个被废弃的癌诊所发现了一台曾用来做放射性治疗的机器，在里面找到了一个密封的铅罐，用榔头打开，发现了一块闪闪发光的石头。很多人都来看这块神奇的石头，一个叫法比艾洛的人拿了一小块石块，用手帕包起来，放在口袋里，到附近的酒店向朋友炫耀。一个小时后，回到家，与他的家人一起研究这块神奇的神石是否有魔力。一个星期后，他被送到里约医院，头昏眼花，呕吐，大腿有一红肿的水泡，外科医生只能将这些已坏死的肉挖掉。还有其他看过这块奇怪石头的人也患了病，几天后，其中的4人死亡，逐渐地，有上千接触到这块奇石的人也开始生病。导致辐射疾病是电离辐射对人体生物破坏的一种主要类型，主要是对形成骨髓的细胞和排列在血管内壁上细胞的破坏，导致血液的改变。电离辐射对人体生物性的破坏程度取决于人体内受到破坏的细胞的数量。人体内受到破坏的细胞数量是通过测量人体受到的电离辐射量来确定的。这种测量所采用的计量单位为rem(雷姆)，当人体受到电离辐射时，人体接收到的电离辐射的雷姆数，即是人体内受损害的细胞数的直接测量。当人体突然聚集25~l00rems时，会导致短期内血液的改变，也许这还不会引起人们的注意。若电离辐射达100~300rems，对血液和细胞的影响会产生的一些典型辐射病症状：红血球遭破坏，白血球减少，发烧，头发减少，血管出血等。若达到500rems，就会是致命的，会导致50%的死亡率。若达到1000rems，会在30日内死亡，若达到10000rems，几小时内就会死亡。放射性元素产生的电离辐射能够杀死生物体的细胞，妨碍正常的细胞分裂和再生，并且引起细胞内遗传信息的突变。受辐射的人在数年或数十年后，可能出现白血病、恶性肿瘤、白内障、生长发育迟缓、生育力降低等远期躯体效应；还可能出现胎儿性别比例变化、先天性畸形、流产、死产等遗传效应。我国国内已有６万多枚各类放射源，每年还以１５％的速度增加，尚有上万枚废弃源未得到合理收藏，几乎每月都发生放射源被盗事件，威胁公众安全。4.噪声污染20世纪最后30年，随着城市化和交通的发展，噪声引起的问题在世界范围内越来越突出。根据《中国环境状况公报》（2001年）显示，2001年我国对273个城市进行了道路交通噪声检监测，其中9.5%的城市污染严重，16.5%的城市属于中度污染，48.7%的城市属于轻度污染，这表明全国有近三分之二的城市居民在噪声超标的环境中生活和工作。噪声污染已成为当今世界性的问题，噪声以被公认为近次于大气污染和水污染的第三大公害。噪声的危害如下：（1）噪声对听力的影响噪声对人体的危害最直接的是听力。损害人耳暴露在噪声环境前后的听觉灵敏度变化称为听力损失，即指人耳在各频率的听阈升移，简称阈移。短暂的较强烈的噪声刺激可使人耳发生暂时性听阈偏移，亦称听觉疲劳。如果人们长期在强烈的噪声环境下工作，日积月累，内耳器官不断受噪声刺激，便可发生器质性病变，成为永久性听阈偏移，这就是永久性耳聋。（2）噪声对睡眠的干扰睡眠是人们生存必不可少的。人们在安静的环境下睡眠，它能使人的大脑得到休息，从而消除疲劳和恢复体力。噪声会影响人的睡眠质量，强烈的噪声甚至使人无法入睡，心烦意乱。（3）噪声对人体的生理影响许多证据表明，大量心脏病的发展和恶化与噪声有着密切的联系，实验证明噪声会引起人体紧张的反应，使肾上腺素增加，因而引起心率和血压升高。噪声能明显影响消化功能，并使溃疡病的发病率大大增加。在神经系统方面，神经衰弱是最明显的症状，噪声能引起失眠、疲劳、头晕、头痛、记忆力减退等症状。噪声不仅影响听力，还影响视力。长时间处于噪声环境中的人很容易发生眼疲劳、眼痛、眼花和视物流泪等眼损害现象，同时噪声还会使色觉、视野发生异常。（4）噪声对人体的心理影响噪声引起的心理影响主要是烦恼，使人激动、易怒、甚至失去理智，因噪声引起的民事纠纷是常见的。噪声也容易使人疲劳，因此往往会影响精力集中和工作效率，尤其是对一些做非重复性动作的劳动者，影响更为明显。另外，由于噪声有掩蔽效应，往往使人不易察觉一些危险信号，从而容易造成工伤事故。（5）噪声对孕妇、胎儿和儿童的影响国内外的医学研究证明，强烈的噪声对孕妇和胎儿都会产生诸多不良后果。接触强烈噪声的妇女，其妊娠呕吐和妊娠高血压综合症的发生率更高，而且由于噪声使母体产生紧张反应，引起子宫血管收缩，以致影响供给胎儿发育所必需的养料和氧气，导致新生儿体重偏轻。由于儿童发育尚未成熟，各组织器官都十分脆弱，更容易被噪声损伤听觉器官，使听力减退或丧失。长期暴露于噪声中的儿童比安静环境中儿童血压要高，智力发育略微迟缓，而且容易出现激动、缺乏耐受性、睡眠不足、注意力不集中等表现（6）噪声对交谈、通讯、思考的干扰噪声环境妨碍人们之间的交谈、通讯是常见的。因为人们思考也是语言思维活动，其受噪声干扰的影响与交谈是一致的。（7）噪声对动物的影响噪声对动物的影响十分广泛，这些影响包括听觉器官、内脏器官和中枢神经系统的病理性改变的损伤。（8）噪声对物质结构的影响根据实验，一块0.6mm的铝板，在168dB的无规则噪声作用下，只要15min就会断裂。150dB以上的强噪声，可使墙震列、瓦震落、门窗破坏、甚至使烟窗和老建筑物倒塌，钢结构产生“声疲劳”而损坏。强烈的噪声使自动化、高精密度的仪表失灵，当火箭发射的低频率噪声引起空气振动时，会使导弹和飞船产生大幅度的偏离，导致发射失败。5.热污染1.温室效应

大气中的CO2同水蒸气一样能使太阳辐射透过，但是CO2能吸收从地面辐射的红外线，使得大气升温。吸收了热量的CO2层还能将其热量再次通过长波辐射到地球表面，从而使得近地层温度升高，并能够在近地层大气中建立与外界不同的小气候。这些气体的影响作用类似于农业上用的温室的保温作用，因此称它们为温室气体，它们的影响则被称之为温室效应。地表由于吸收短波辐射被加热而升温，再以长波向外辐射，大气中的水蒸气和二氧化碳吸收而使大气温度升高。大气也以长波辐射向地表和太空辐射，使很大一部分辐射又返回地表。大部分长波辐射被阻留在地表与大气下层，就使地表和大气下层的温度升高。如果地球没有大气层的保护，在太阳辐射能量的平衡状态下，地球表面的平均温度为﹣19℃，比目前地表的全球平均气温14℃低了许多。大气的存在使地表气温上升了约33℃，温室效应是造成此结果的主要原因。大气层中的许多气体几乎不吸收可见光，但对地球放射出去的长波辐射却具有极好的吸收作用。这些气体，允许约50％的太阳辐射穿越大气被地表吸收，但却拦截几乎所有地表及大气辐射出去的能量，减少了能量的损失。然后再将能量释放出来，使得地表及对流层温度升高。大气放射出的辐射不但使地表升温，而且在夜晚继续辐射，使地表不致因缺乏太阳辐射而变得太冷。月球由于没有大气层，因而无法产生温室效应，导致月球上日夜温差达数十度。金星及火星大气的主要成分为二氧化碳，也可发生温室效应，金星大气的温室效应高达523℃，火星则因其大气太薄，其温室效应只有10℃。地球大气的温室效应创造了适宜于生命存在的热环境。如果没有大气层的存在，地球也将是一个寂静的世界。除CO2外，能够产生温室效应的气体还有水蒸气、甲烷、氧化亚氮(N2O)及臭氧、SO2、CO以及非自然过程产生的氟氯烃(CFCs)、氢氟化碳(HFCs)、过氟化碳(PFCs)等。每一种温室气体对温室效应的贡献不同：HFCs与PFCs吸热能力最大，甲烷的吸热能力超过二氧化碳21倍，而N2O的吸热能力比CO2的吸热能力高270倍。由于空气中水蒸气的含量比CO2和其他温室气体的总和还要高出很多，大气温室效应的保温效果主要还是由水蒸气产生的。但是有部分波长的红外线是水蒸气所不能吸收的，二氧化碳所吸收的红外线波长则刚好填补了这个空隙波长。水蒸气在大气中的含量相对稳定，而CO2的浓度却不能确定。自从欧洲工业革命以来，大气中CO2的浓度持续攀升，主要原因是化石类矿物燃料燃烧排放的CO2，全球由于此种原因产生的温室气体达到6000多万吨／天，这是“温室效应”加剧的主要原因。其次森林大火、火山爆发、发电厂、汽机车排出的尾气等也是促使大气中CO2浓度持续攀升的因素。在欧洲工业革命之前的—千年，大气中CO2的浓度一直维持在约(即一百万单位体积的大气气体中含有280单位体积的二氧化碳)。工业革命之后，大气中CO2含量迅速增加，1950年之后，增加的速率更快，到1995年大气中CO2浓度已达到。自18世纪以来，大气中的CO2含量已经增加30％，达到150年以来的最高峰，而且还以每年0.5％的速度继续增加。随着大气中CO2浓度的不断提高，更多的能量被保存到地球上，加剧了地球升温。近年来除大气中CO2浓度升高引起地球变暖外，其他温室气体的作用也是一个重要因素，之所以在谈到温室效应时，常常仅谈及CO2，是因为其中CO2的影响性较大而已(它在大气中的浓度是不断上升的)。尽管其他温室气体在大气中的浓度比CO2低很多，但它们对红外线的吸收效果要远好于CO2，所以它们潜在的影响力也是不可低估的。温室气体在大气中的停留时间(即生命期)都很长。CO2的生命期为50～200年，甲烷为12～17年，氧化亚氮为120年，氟氯碳化物为102年。这些气体一旦进入大气，几乎无法进行回收，只有依靠自然分解过程让它们逐渐消失，因此温室效应气体的影响是长久的、全球性的。从地球任何一个角落排放至大气中的温室效应气体，在它的生命期中，都有可能到达世界各地，从而对全球气候产生影响。即使现在人类立即停止所有人造温室气体的产生、排放，但从工业革命以来，累积下来的温室气体仍将继续发挥它们的温室效应，影响全球气候达百年之久。由于动力、热力的种种原因，大气一直处在不停的运动中。一方面以CO2为代表的温室气体有一定的增温作用，另一