环境与环境问题

(一)环境及其分类

1.环境含义

环境是指以人为中心的周围事物。1989年12月26日公布的《中华人民共和国环境保护法》明确规定:“本法所称环境是指影响人类生存和发展的各种天然的和经过人工改造的自然因素的总和,包括大气、水、海洋、土地、矿藏、森林、草原、野生生物、自然遗迹、人文遗迹、自然保护区、风景名胜区、城市和乡村等。”

2.环境分类

环境可分为天然环境和人工环境两类。

天然环境是直接或间接影响人类生活、生产的生物有机体、无机体(大气、海洋、岩石、水、土壤等)。

人工环境是由于人类活动而形成的各种事物。它包括由人工形成的物质、能量和精神产品,以及人类活动中所形成的人间关系。这种活动正是人类区别于动物之处。如:动植物的培育与驯化、人工森林、绿化草地、住房、城市、交通工具、工厂、娱乐场所等。

(二)环境问题及其分类

1.环境问题

环境问题指由于自然和人类活动使环境发生的不利于人类的变化。

2.环境问题分类

环境问题可分为两类。第一类是因工农业生产和人类生活向环境排放过量污染物质而造成环境污染;第二类是人们不合理地开发利用资源、破坏自然生态,而产生的生态效应。这两类环境问题往往是同时存在,但在局部地区表现上可能以某一类环境问题为主。

目前,国际社会最为关注,同时对人类生产、生活影响较大的几个环境问题有:人口、资源、生态破坏和环境污染等问题。

(1)水体污染

水是人类和一切生物赖以生存的物质基础,与人类的关系最密切,并且具有经济利用价值。随着世界人口的高速增长以及工农业生产的发展,水资源的消耗量越来越大,世界用水量每年以3%～5%的速率递增。目前,世界上有43个国家和地区缺水,占全球陆地面积的60%。约有20亿人用水紧张,10亿人得不到良好的饮用水。

除了自然条件影响以外,水体污染破坏了水资源是造成水资源危机的重要原因之一。水体污染是指进入水体的有害物质超过了水体的自净能力,使水体的生态平衡遭到破坏。目前全世界每年约有超过4200×108m3的污水排入江河湖海,污染了5500×108m3的淡水,约占全球径流量的14%以上。估计今后30年内,全世界污水量将增加14倍。特别是第三世界国家,污水、废水基本不经处理即排入水体更为严重,造成世界的一些地区有水但严重缺乏可用水的现象。水资源短缺已成为许多国家经济发展的障碍,成为全世界普遍关注的问题。当前,水资源正面临着水资源短缺和用水量持续增长的双重矛盾。正如联合国早在1977年所发出的警告:“水不久将成为一项严重的社会危机,石油危机之后的下一个危机是水。”

(2)大气污染

大气是多种气体的混合物,按其组成类型分为恒定、可变和不定组分。大气的恒定成分是指大气中的N2、O2、Ar及微量的Ne、He、Kr、Xe等稀有气体,其中N、O、Ar三种组分共占大气总量(体积)的99.96%。可变组分是大气中的CO2和水蒸气等,这些气体的含量是受地区、季节、气象以及人类生活、生产活动等因素的影响而有所变化的。不定组分是自然界和人类活动两方面产生的。自然界的火山爆发、森林火灾、海啸、地震等暂时性灾害所产生的尘埃、硫、硫化氢、硫氧化物、碳氧化物及恶臭气体等进入大气中,人类社会的活动、交通、工农业生产排放的废气也进入大气中,使得干净的大气中出现组成成分没有的物质或者是一些组分的浓度超过正常的大气含量,对人们的生活、工作、健康、精神状态、设备财产以及生态环境等产生恶劣影响和破坏,称之为大气污染。

大气污染已成为严重的环境问题。据不完全统计,全球大气每年遭受到超过7×108t多种有害物质的污染,在主要的7种有害物的污染中,颗粒物约占15%,SO2约占22%,CO约占40%,NO2约占8%,碳氧化物约占14%,H2S和NH3约占1%。目前大气污染所造成的全球性环境问题,包括温室效应、酸雨、臭氧层破坏等,引起人们的普遍关注。

1)酸雨。酸雨是指pH值小于5.6的雨雪或其他方式形成的大气降水(如雨、雾、露、雹等),是一种大气污染现象。由于人为向大气中排放SO2和NO2等酸性物质,使得雨水pH值降低,当pH值低于5.6时,便发生了酸雨。大气中不同的酸性物质所形成的各类酸,都对酸雨的形成起作用,但它们作用的贡献不同,一般说来,对形成酸雨的作用,硫酸占60%～70%,硝酸占30%,盐酸占5%,有机酸占2%。所以,人为排放的SO2和NO2是形成酸雨的两种主要物质。酸雨的危害主要是破坏森林生态系统,改变土壤性质与结构,破坏水生生态系统,腐蚀建筑物和损害人体的呼吸道系统和皮肤。当酸雨降到地面后,导致水质恶化,各种水生动植物都会受到死亡的威胁。植物叶片和根部吸收了大量的酸性物质后,引起枯萎死亡。酸雨进入土壤后,使土壤肥力减弱。人类长期生活在酸雨中,饮用酸性的水质,都会引发呼吸器官、肾病和癌症等一系列疾病。酸雨的危害比较普遍,酸雨问题已不仅被视为区域性环境污染问题,而且有时也被列入全球性环境问题。1998年,中国降水年均pH值低于5.6的城市占统计城市数的52.8%,73.03%的南方城市降水年均pH值低于5.6,降水pH值低于4.5的城市有株洲、益阳、韶关、清远、南昌、鹰潭和长沙等。北方城市中的图们、青岛、西安和铜川降水年均pH值低于5.6。

2)温室效应。由于近地面空气中水蒸气与CO2的增加,加大了对地面长波辐射的吸收,从而导致在地面与大气之间形成一个绝热层,使近地面的热量得以保持,这种造成全球气温升高的现象称为温室效应。能导致温室效应的气体称为温室气体。温室效应分为自然温室效应和人为温室效应。由自然因素导致的温室效应称为自然温室效应,由于人类大量使用化工燃料,工业高度发展,砍伐森林等原因,破坏自然热平衡,而引起气候变暖称人为温室效应。通常温室效应是指后者,又称地球变暖。经研究发现,目前大气中能产生温室效应的气体约有30种,其中CO2对温室效应的贡献大约为66%,CH4为16%,CFCs为12%,由此可见CO2是造成温室效应的最重要的气体。联合国组织的政府间气候变化专业委员会(IPCC)在1990年气候变化第一次评估报告中指出,过去100多年中,全球平均地面温度上升了0.3～0.6℃。英国对全球2000多个陆地观测站的大约1×108个数据以及6000×104个海洋观测数据的分析结果表明;1981～1990年全球平均气温比100年前的1861～1880年上升了0.48℃。100年来地球上的冰川大部分后退,海平面上升了14～25cm。据预测,到21世纪中叶,世界能源消费的总格局不会发生根本性变化,人类将继续以矿物燃料作为主要能源,而且对能源的需求还将增加。据推测,21世纪中叶全球人口将达90亿左右,大气中CO2的体积分数将在560×10-6以上,地球温度将以每10年增加0.3℃的速度上升,全球平均海平面每10年将升高6cm。在世界范围内影响区域可达500×104km2,占全球土地面积3%,将使10亿人的生存受到威胁。

3)臭氧层空洞。臭氧(O3)是空气中的痕量气体组分。据估计,若将自地球表面至60km高处的所有臭氧皆集中在地球表面上,也仅有3mm厚,总质量为30×108t左右。空气中的臭氧主要集中在平流层中,并形成臭氧层,其距地面20～30km。臭氧层在保护生态环境方面起着十分重要的作用。它具有强烈吸收紫外线的功能,是太阳辐射的一种过滤器。臭氧对紫外线的总吸收率为70%～90%。所以臭氧可保护地球上所有的生物与人类免遭紫外线的伤害。由于人类活动使臭氧层遭到破坏而变薄使臭氧层损耗,即所谓“臭氧层空洞”。20世纪70年代初,美国环境科学家最先观察到臭氧层受损。1985年,英国科学家证实南极上空的臭氧层出现“空洞”,即臭氧层被破坏,变得稀薄。到1994年,南极上空的臭氧层破坏面积已经达2400×104km2。南极上空的臭氧层是在20亿年里形成的,可是在20世纪一个世纪里就被破坏了60%;北半球上空的臭氧层比以往任何时候都薄;欧洲和北美洲的臭氧层平均减少了10%～15%;西伯利亚减少35%。臭氧层破坏造成的严重后果有:①危害人体健康,使晒斑、角膜炎、皮肤癌、免疫系统等疾病增加。据UNEP1986年报道,若臭氧总量减少1%,皮肤癌变率将增加4%,扁平细胞癌变率增加6%,白内障患者增加0.2%～0.6%。②破坏生态系统、影响植物光合作用,导致农作物减产。紫外线还导致某些生物物种突变,实验表明,人工照射280～320nm紫外线后使200种植物中的2/3受损。若空气中臭氧减少10%,将使许多水生生物变畸率增加18%,浮游植物光合作用减少5%。③过量紫外线照射,将使塑料、高分子材料容易老化和分解。

(3)土壤污染

土壤污染是指人们在生产和生活中产生的废弃物进入土壤,当其数量超过土壤的自净能力时,土壤即受到了污染,从而影响植物的正常生长和发育,以致造成有害物质在植物体内的积累,使作物的产量和质量下降,最终影响人体健康。利用工业废水和城市污水进行灌溉,堆放废渣和固体废物,施用大量化肥和农药,都有可能使土壤遭到污染。

(4)生态环境恶化

全球性的生态环境恶化问题,从广义讲,包括人口、粮食、资源的矛盾;从环境角度看主要包括森林减少、土地退化、水土流失、沙漠化、物种消失等多个方面。

土地退化是当代最为严重的生态环境问题之一,它正在削弱人类赖以生存和发展的基础。土地退化的根本原因在于人口增长、农业生产规模扩大和强度增加、过度放牧以及人为破坏植被,从而导致水土流失、沙漠化、土地贫瘠化和土地盐碱化。

水土流失是当今世界上一个普遍存在的生态环境问题。据最新估计,全世界现有水土流失面积2500×104km2,占全球陆地面积的16.8%,每年流失高达257×108t,高出世界土壤再造速度数倍。全世界每年损失土地600×104～700×104km2,受土壤侵蚀影响的人口80%在发展中国家。

土地沙漠化是指非沙漠地区出现的风沙活动、沙丘起伏为主要标志的沙漠景观的环境退化过程。目前全球有36×108hm2干旱土地受到沙漠化的直接危害,占全球干旱土地的70%。沙漠化的扩展使可利用的土地面积缩小,土地产出减少,降低了养育人口的能力。中国荒漠化也很严重,全国约1.7亿人口受到荒漠化的危害和威胁,每年因荒漠化造成的经济损失约20亿～30亿美元。

生物物种消失是全球普遍关注的重大生态环境问题。物种濒危和灭绝一直呈发展趋势,而且越到近代,物种灭绝的速度越快。据粗略估计,从公元前8000年至1975年,哺乳动物和鸟类的平均灭绝速率大约增加了1000倍。生物学家警告说,如果森林砍伐、沙漠化及湿地等的破坏按目前的速度继续下去,那么到2025年将会有100万种生物物种从地球上永远消失。

(三)环境科学

随着环境问题的出现,人们开始关注环境问题,环境科学是以“人类和环境”这对矛盾体为研究对象的科学,环境科学是一个多学科到跨学科的庞大体系组成的一门边缘学科。它的主要任务是:揭示人类活动同自然生态之间的对立统一关系;探索全球范围内环境演化的规律;探索环境变化对人类生存的影响;研究区域环境污染综合防治的技术措施和管理措施。

在现阶段,环境科学主要是运用自然科学和社会科学的有关学科的理论、技术和方法来研究环境问题,形成与其有关的学科相互渗透、交叉的许多分支学科。

属于自然科学方面的有:环境工程学、环境地学、环境生物学、环境化学、环境物理、环境数学、环境水利学、环境系统工程、环境医学等。

属于社会科学方面的有:环境社会学、环境经济学、环境法学、环境管理学等。

环境工程学是指运用工程技术的原理和方法,防治环境污染,合理利用自然资源,保护和改善环境质量。主要研究内容有大气污染防治工程、水污染防治工程、固体废物的处理和资源化、噪声控制等,同时研究环境污染综合防治,运用系统分析和系统工程的方法,从区域环境的整体上寻求解决环境问题的最佳方案。地勘钻探环境工程属于环境工程的一个分支。

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