环境与人类-全球环境变化

环境问题的发生和发展
1）生态环境的早期破坏 从人类出现开始到18世 纪产业革命阶段，人类 活动对环境的影响还是 局部、暂时的，没有达 到影响整个生物圈的程 度
2）近代城市环境问题



从工业革命开始到20世纪80年代 （84年）发现南极上空臭氧洞为止。 这阶段的环境问题跟工业和城市发展 同步。20世纪50－60年代开始， “公害事件”层出不穷（八大公害）。 1962年，当蕾切尔· 卡逊的《寂静的 春天》（silent spring）第一次出版 时，公众政策中还没有“环境”这一 款项。该书唤起了人们对环境问题及 其危害的比较深刻认识，之后开始关 注环境污染治理。
海洋环境污染
•海洋污染 •赤潮 •厄尔尼诺/拉尼娜
严重污染海域 依然主要分布 在辽东湾、渤 海湾、长江口、 杭州湾、江苏 近岸、珠江口 和部分大中城 市近岸局部水 域。
2005 年污染海域分布示意图
•海水中的主要污染物是无机氮、活性磷酸盐和石油类。
无机氮
水土流失
土地荒漠化（Desertification）
近50年来CO2变化趋势
2010
2020
现在是采取行动ຫໍສະໝຸດ Baidu时候


科学知识的成熟 新技术的出现 高度的世界性的政治意识 和利益的形成 科学家国际性努力的结果
B、人类－环境系统
宇宙形成

大爆炸理论 时间？
150亿年前？ 90－100亿年前



人类对宇宙的不断探 索！ 20世纪20年代，哈勃 发现红移和蓝移现象 宇宙特性：物质性、 系统性、运动性

全球气候变暖，近100年增温速度快！ 极端恶劣天气增多 极地冰川消融 热带雨林减退消失 濒危物种增多 。。。。。。。。。。。
大气环境问题
温室效应－全球变暖

2006年10月20日，美 国宇航局最新观测结 果：南极上空臭氧总 量从7月到10月急剧下 降69％。（距地12.921.9km间无臭氧）。 今年臭氧洞面积峰值 已达2950万平方公里。

第二、我们可以从空间对地球进行全球 性的、大尺度的观察。地球科学研究必不可少
的手段。同时，从空间观察地球还排除了国家政治界 限，促进了地球上人类具有共同命运这一意识的形成， 极大推进了目前全球环境变化的国际合作研究。
“嫦娥奔月”—“神州七号”

第三、人类活动－人口、技术、经济的 －－在导致全球环境变化中的作用日益 增大。
环境与人类
2008年8月，北京
地球
课程简介：



目的：在于让同学们了解环境科学的研究方向， 引导大家思考人与地球环境的关系，探讨人类 面临的全球环境变化、能源危机等问题，树立 科学的发展观，提高生态文明素养。 复旦大学环境科学与工程系与复旦学院共同建 设的“通识教育核心课程”，属“生态环境与 生命关怀”模块。36学时，2学分 教学过程：课堂教学+课外作业+小组讨论+ 期末读书论文，综合成绩！
固体圈层的形成和演化


大气圈、水圈的形成和演化
生物圈的形成和演化
地球的结构
人类－地球环境系统科学研究

人类－地球环境系统－－永恒的主题 人类－环境系统的演化 生态圈、生物圈、智慧圈和人类圈
地球环境系统如何运行？
地球起源
10000km
特 征 空 间 尺 度
1000km 100km 10km

作为行星 的地球
用于实际 利益的科 学
全球环 境变化
地 球 环 境 系 统 科 学 ： 三 个 推 动 因 素
全球观点的出现


过去几十年中三大重大发展向我们揭示： 地球是各部分相互作用的综合（整体） 系统。对这一系统的研究应当超越学科 界限。 第一、很多传统学科自身的成熟性，促 进了对于各学科间基本联系和相互依赖 的认识。（海洋学、大气科学、地质学、 生物学）
太阳、太阳系
•九大行星－－－八大行星 •“冥王星”的行星命运 •无数小行星
太阳对地球的影响
太阳辐射，仅1/20亿为地球接受。 E=mc2 4H+ -----He4 + 2e+ +2v+r 太阳黑子 太阳风
地球环境系统
地球环境的演化



地球的年龄:地壳年龄约46亿，地球约50 －70亿年 地球的演化（略）:
当今地球环境科学研究的目标：

系统了解地球环境系统各 部分及其相互作用的演化、 运行，以及在所有时间尺 度范围内将会怎样继续演 化等，获得对整个地球环 境系统的科学认识。

在所有时间尺度上认识地 球环境的演化。
面临的挑战：

发展预测未来几年、几十年到百年内将 发生的、由自然和人类活动引起的全球 环境变化的能力。
正是几十年到几百年这一时间尺度内，自 然变化对人类有着重大的影响，且人类 活动对全球过程的影响也最显著。 在这一时段内，运行着两大类过程： 物理气候系统 生物地球化学循环
古 气 候 系 统
物理气候
系统
生物地球 化学循环
人 类 活 动
几十年至几百年尺度地球系统过程的简化模型
•物理气候系统


1970年4月22日，美国学生 集会，举行环保大游行。之后 4月22日成了世界“地球日” 1972年6月5日，“联合国人 类环境会议”在瑞典斯德哥尔 摩”召开。113国1300名代 表参加。提出“我们只有一个 地球”。之后吧6月5日定位 “世界环境日”。
3）当代环境问题阶段－全球环境变化


化学定时炸弹!!
人？
全球变暖：替罪牛羊？



据英国《泰晤士报》07年7月10日报道，科学家已经 通过研究发现，甲烷在全球气候变化中扮演着重要角 色，它的温室效应远远大于二氧化碳，其加速全球变 暖的“威力”是二氧化碳的20倍。而目前，英国大气 层中约有四分之一的甲烷都是由牛羊等牲畜（放屁和 打嗝）排放的。 据估计，英国约有1000万头牛，每头牛每天排放的甲 烷约为100至200升。这些甲烷从温室效应上来说，相 当于4000克二氧化碳，而一辆越野车一天行驶53公里 所排放的二氧化碳也只有3419克。 为牛羊寻找新“食谱”，促进消化，减少甲烷排放
水环境污染
上 海 饮 用 水 水 源 保 护 区


2007年3月22日是第十五届 “世界水日”，联合国确定今 年“世界水日”的宣传主题是 “应对水短缺”。 2007 3月22－28日是第二十 届“中国水周”。年我国纪念 “世界水日”和开展“中国水 周”活动的宣传主题为“水利 发展与和谐社会”。
世界性重要资源环境日

3月22日，世界水日 4月22日，世界地球日 5月22日，世界生物多样性保护日 6月5日，世界环境日
世界环境日 主题.标识
A2. 全球环境变化 －－科学挑战和机遇
1、全球环境变化研究



地球科学的两个传统的促动因素是：将 地球作为一个行星来认识和从这种研究 中寻求实际利益。 当今一个新的推动力激励人们去探索地 球－－全球环境变化。 地球系统科学将地球环境视作各部分相 互作用的整体系统。对这一系统的研究 应当超越学科界限。

环境？环境要素和属性 环境问题是指全球环境或区域环境中由于自然 力或人类活动所引起的环境数量和质量的变化， 以及这种变化对人类生存和发展造成影响的问 题。 原生环境问题：火山、地震、洪涝、干旱等自 然力引起的环境问题 次生环境问题：人类活动引起的生态系统破坏 和环境污染和资源浪费等方面的问题（一般常 指的环境问题）



世界2/3国家和地区， 1/4的陆地面积，近10 亿人口受其危害 我国有荒漠化土地 267.4万平方公里，占 国土面积27.9％(1999 年) 6月17日“世界防治荒 漠化和干旱日”
固体废弃物污染
全球化学污染
（Global Chemical Pollution）：

重金属污染 水体富营养化 POPs的污染 新型温室气体危害
喜马拉雅冰川消失 －中国人的水源危机


联合国政府间气候变化专门委员 会(IPCC)今年发布的报告指出， 根据目前的消融速度，80%面积 的喜马拉雅冰川将在未来30年消 失，而它们是中国多条主要河流 的发源地。” 而且，中国在全球变暖面前可能 会特别脆弱。冰山融化引发的洪 水可能淹没上海、深圳这两大中 国经济中心城市。气温升高将令 居住在半干旱地区的中国一大半 靠天吃饭的农民谋生乏力。此外， 中国是世界上人均水供应量最低 的国家之一。正如国家环保局潘 岳副局长所说，我们所面对的将 “不再是造福子孙后代的问题， 而是我们这代人能否安然度过的 问题”。
&1专题主要内容：

全球环境变化概述 全球气候变化 大气、水、土资源环境保护
主要内容（02-28）：
A.
B. C. D.
全球环境问题的概况 人类－环境系统过程 全球气候变化 全球环保行动 －what can we do？
A1、全球环境问题 －人类的生存危机
环境问题－人类生存危机

大气臭氧层破坏
大气污染
酸雨危害
大气颗粒物 可吸入颗粒物 PM<2.5
“霾”
水资源水环境问题


水－生命之源
水资源？？！！ 水资源指人类能够可以利用的淡水

地球水圈的组成


地球表面71％； 14.59Km3; 2860m; 95.95％存在于海洋； 极地冰川2.97%;） 地下水1.05% 河流、湖泊、沼泽，大气水、生物水 =0.03%
课程内容：
主要包括四个专题： &1、全球环境变化（高效江） &2、能源与环境（陈宏） &3、材料与环境（张士诚等） &4、科学发展观（黄文芳、郝前进等）
全球环境变化
－－人类的危机与挑战
高效江
复旦大学环境科学与工程系 复旦大学复旦学院
E-mail: xjgao@fudan.edu.cn
“渴望的眼神”
北极冰川消融进入临界点 覆盖面积或将创最低值。

今年北极地区冰川的 覆盖面积为203万平 方英里，自1979年 起这一中心就开始对 北极冰川面积进行卫 星测量，2007年9月 16号测得冰川覆盖面 积仅为165万平方英 里，为有记录以来最 少的一次。

据美国《生活科学》网站2008年8 月22日报道，科学家日前在美国阿 拉斯加西北海岸发现了9只正在游 泳的北极熊，这加深了人们对全球 气候变暖可能会对环境产生影响的 担忧。



包括控制着地面温度和 降水分布的大气和海洋 过程； 由于太阳加热的不同而 产生的运动以及冰雪覆 盖的变化。 大气物理学和大气动力 学，海洋动力学以及地 球表面温度和能量平衡 等各个子系统。
生物地球化学循环


是指诸如碳、氮、磷、硫等生源关键物 质和典型污染物质通过全球环境的物质 流，包括它们对全球环境中生命物质的 影响（及受后者的控制）； 它们以不同方式形成了与物理气侯系统 连结的独立系统。它包括海洋生物地球 化学，陆地生态系统以及对流层化学等 各个子系统
全球水资源危机
适宜人类享用淡水的仅为0.01%。 20世纪，世界人口增加了两倍，而人类用水增 加了5倍。世界上许多国家正面临水资源危机： 12亿人用水短缺，30亿人缺乏用水卫生设施， 每年有300万到400万人死于和水有关的疾病。 到2025年，水危机将蔓延到48个国家，35亿人 为水所困。水资源危机带来的生态系统恶化和 生物多样性破坏，也将严重威胁人类生存。


20世纪80年代至今，环境问题从局部问题、 区域问题发展到全球性问题。 目前这些环境问题征兆集中在：全球变暖、臭 氧层破坏、酸雨三大全球性大气环境问题上。 与此同时，发展中国家的环境问题和生态破坏 愈演愈烈，水资源危机普遍存在，资源能源危 机信号频发。 环境问题变得更加复杂、长远！

全球天气变化 大气组成 板块构造 厄尔尼诺 造山作用 海洋环流 上层海洋混合 土壤发展 地震周期 土壤侵蚀 成矿作用 火山爆发 营养循环 大气对流 大气湍流
1km
秒
分
天
年
百年 万年 百万年 十亿年Log(s)
图：地球系统过程：特征空间尺度和时间尺度
几年－几百年的全球环境变化！！




什么因素支配着地球的环境变化？ 在决定全球的温度和降水中，大气和 海洋有何作用？这两个巨大的流体系 统间相互作用的特点是什么？ 对维持地球上的生命有重要作用的元 素 —— 碳、氮、氧、磷、硫等是怎样 在地球系统各分量之间循环的？这些 元素循环的扰动所产生的全球生态环 境健康影响是什么？ 尤其是人类活动对全球的物理、化学 和生物环境的影响如何，怎样提高人 类预测未来十至百年内可能出现的、 自然和人类活动诱发的变化的能力？