第4章 环境与化学分解

4.2 自然环境中化学物质的循环生态圈生物圈大气圈水圈岩石圈
各圈层之间有着复杂的 物质交换和能量交换
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自然环境可分为四个圈层：
生物圈、大气圈、 水圈和岩石圈，总 称生态圈， 这是经过漫长的演 化而形成的。 各圈层之间有着复 杂的物质交换和能 量交换。
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自然环境发展历程：三个阶段
地球的形成： 46亿年 生命的起源： 36亿年 人类的出现： 约300万年
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生态系统中能量的流动和物质的循环
太阳(能) 绿色植物 光合作用 化学能 消费者 环境
生态系统中的这种物质循环是自然界最重要的 物质循环，推动这个循环的总能量就是太阳能。生 态系统中能量的流动和物质的循环同时进行，物质 作为能量的载体，使能量沿着食物链而逐步转移， 成为能流；而能量作为动力，促使物质的循环。两 者相互依存而不可分割，共同体现了生态系统的整 体功能。
第4章
4.1 4.2 4.3 4.4 4.5
环境与化学
环境与生态平衡 自然环境中化学物质的循环 保护大气环境 保护水资源 绿色化学
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4.1 环境与生态平衡
自然环境
人类生存的环境
社会环境（即人工环境）
自然环境:地质环境、土壤环境、大气环境、 水体环境、生物环境。 社会环境：生产环境、交通环境、商业环境、 聚落环境、文教环境、卫生环境、 旅游环境。
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生态系统的群落可以分为： 生产者、消费者和分解者。
生产者吸收、利用太阳能后通过光合作用合成有机物的绿 色植物。这一类也称为自养生物。 消费者指依赖于生产者(绿色植物)而生存的异养生物。 按营养方式的不同可分为两类： 初级消费者——直接以植物为食的食草动物； 次级消费者——以草食动物为食的肉食动物——食物链。 分解者属于异养生物，也称为消费者。如存在于生物圈 中微生物(细菌、真菌等)，它们能分解复杂的动植物尸体， 并释放为生产者所能重新利用的简单化合物，其作用正好 和生产者相反。
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4.2.1 水循环
水分循环一般包括降水、径流、蒸发三个阶段。
降水包括雨、雪、雾、雹等形式； 径流是指沿地面和地下动着的水流，包括地表 径流和地下径流； 蒸发包括水面蒸发、植物蒸腾、土壤蒸发等。
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The Water Cycle
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4.2.2 氮循环
氮的循环过程里，大气中所含的氮可借助空中的闪 电与氧化合，形成氧化氮，再逐步还原成氨；或是 氮直接经由固氮生物的作用而产生氨，加入土壤中。 氨可借助生物体中的催化作用，进入細胞蛋白質中， 成为有机的含氮化合物。不过由于氨在自然界中毒 性太強，氮也常以NO3-的形式貯存在土壤中，在进 入生物体后再还原成氨和胺基。 此外，許多細菌作用于氮转变过程的中间产物，还 原产生氮气，释回大气层中（就是所谓的脫氮作 用），因而完成整個循还。
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造成环境污染的人为因素
物理的(噪声、 振动、热、光、 辐射及放射性 等) 化学的(有毒 的无机物和 有机物)
生物的(如微 生物、寄生 虫等)
其中化学污染物的数量大、来源广、种类繁 多，它们在环境中存在的时间和空间位置又各不 相同，污染物彼此之间或污染物与其他环境因素 之间也还有相互作用和迁移转化等。
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全球各国CO2排放量比较排行（前10位）
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4.2.4 氧循环
由于氧在自然界中含量丰富，分布广泛， 而且性质活泼，环境中处处有氧 ( 游离 态或化合态 ) ，所以氧在自然界中的循 环最复杂。 上述的几循环中都包含了一部分氧循环。 实际上各种物质的循环都是相互关联， 分别叙述仅仅是为了突出主导线索以利 讨论。
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The Oxygen Cycle
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The Cycle of Oxygen in water
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4.3 保护大气环境
1995 年，诺贝尔奖委员会将诺贝尔化学奖授予 了 M.Molina( 墨 西 哥 ) 、 S.Rowland （ 美 国 ） 和 P.Crutzen（荷兰）三位化学家，以表彰他们在大气 环境研究方面所做出的杰出贡献。 这三位化学家首先提出了平流层臭氧破坏的化学机 制 ， 其 中 Crutzen 于 1970 年 提 出 了 NOx 理 论 ， Rowland 和 Molina 在 1974 年提出了 CFCs 理论。这些 化学基础研究的成果揭开了南极“臭氧层空洞”之 迷（ 1985年）， 从而引起全世界的“震动”，并导致了 1987 年《蒙 特利尔协定书》的签定，为保护全球环境做出了重 大贡献。
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The Carbon Cycle
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世界各国二氧化碳排放量排名
2007年，国际能源机构的一项调查结果表明， 美国、中国、俄罗斯和日本的二氧化碳排放量 几乎占全球总量的一半。 调查表明，美国二氧化碳排放量居世界首位， 年人均二氧化碳排放量约 20 吨，排放的二氧 化碳占全球总量的 23.7%。 中国年人均二氧化碳排放量为 2.51 吨，约占 全球总量的 13.6%。
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自然因素
破坏生态平衡的因素
人为因素
自然因素主要指火山爆发、地震、台风、旱涝灾 等自然灾害，它们对生态系统的破坏很严重，但 常有一定的地域局限性，且出现的频率一般不高。 人为因素是指人类生产和生活活动引起的对生态 平衡的破坏，这是大量的、长期的、甚至是多方 面的。这种人为因素会使环境质量不断恶化，从 而干扰了人类的正常生活，对人类健康产生直接 或间接，甚至是潜在的不利影响。
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生态平衡和生态系统
生态系统发展到一定阶段，它的生物 种类的组成，各个种群的数量比率及能量 和物质的输入、输出等，都处于相对稳定 状态，这种状态称为生态平衡。 生物群落(biotic community)和其生存环境 之间以及生物群落内不同种群生物之间不 停地进行物质交换和能量交换，构成了多 种多样的生态系统。
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The Nitrogen Cycle
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4.2.3 碳循环
碳的循环主要是通过CO2来进行的,它可分为三种形式： 第一种形式是植物经过光合作用将大气中 CO2和H2O 化合生成碳水化合物 (糖类 )，在植物呼吸中又以 CO2 返回大气中被植物再度利用； 第二种形式是植物被动物采食后，糖类被动物吸收， 在体内氧化生物CO2，并通过动物呼吸释放放回大气 中可被植物利用； 第三种形式是煤、石油和天然气等矿物燃料燃烧时， 生成CO2，CO2返回大气中后重新进入生态系统的碳 循环。