1、PAGE PAGE 61校級教研項目：2001xj11全球環境問題多媒體課件環境與可持續發展課程組二三年四月目錄第一章 全球性環境問題多媒體課件文本第一節 臭氧層破壞 酸雨 水污染第四節 荒漠化第五節 生物多樣性銳減第二章 全球性環境問題多媒體課件制作與使用功能介紹使用環境使用說明第三章 全球環境問題多媒體課件技術文檔第一章 全球性環境問題多媒體課件文本第一節 臭氧層破壞 一、臭氧層的概念 平流層中最重要的化學組分就是臭氧，它保存了大氣中90的臭氧，我們將這一層高濃度的臭氧稱為“臭氧層”。 平流層臭氧的生成和消耗機制，在相當長的一段歷史時期內，被認為是Chapman于1930年提出的純氧體系的

2、光化學反應機制。Chapman認為，來自太陽的高能紫外輻射可使高空中的氧氣分子分解為兩個氧原子。氧原子與大氣中的氧氣發生反應，生成O3即臭氧。大氣中形成了一個較為穩定的臭氧層，這個臭氧層的高度大約在距離地球表面15-25km處。生成的臭氧對太陽的紫外輻射有很強的吸收作用，有效地阻擋了對地表生物有傷害作用的短波紫外線。因此，實際上可以說直到臭氧層形成之后，生命才有可能在地球上生存、延續和發展，臭氧層是地表生物的“保護傘”。 二、臭氧層破壞 平流層臭氧對地球生命具有如此特殊重要的意義，但其在大氣中只是極其微少和脆弱的一層氣體。如果在攝氏零度的溫度下，沿著垂直于地表的方向將大氣中的臭氧全部壓縮到一個

3、標準大氣壓，那么臭氧層的總厚度只有3 mm左右。這種用從地面到高空垂直柱中臭氧的總層厚來反映大氣中臭氧含量的方法叫做柱濃度法，采用多布森單位(Dobson unit簡稱DU)來表示，正常大氣中臭氧的柱濃度約為300DU.。 近30年來，人們逐漸認識到平流層大氣中的臭氧正在遭受著越來越嚴重的破壞。許多科學家很早就開展了對平流層中臭氧的來源與去除過程的研究。 1985年，英國科學家Farmen等人總結他們在南極哈雷灣觀測站(Halley Bay)自 1975年的觀測結果，發現從1975年以來，那里每年早春(南極10月份)總臭氧濃度的減少超過30，如此驚人的臭氧減弱引起了全世界極大的震動。臭氧層破壞

4、的問題也從此開始受到不僅來自科學界，同時來自世界各國政府、企業和社會各界的廣泛重視。 進一步的測量表明，在過去1015年間，每到春天南極上空的平流層臭氧都會發生急劇的大規模的耗損，極地上空臭氧層的中心地帶，近95的臭氧被破壞。從地面向上觀測，高空的臭氧層已極其稀薄，與周圍相比象是形成了一個“洞”，直徑上千公里，“臭氧洞”就是因此而得名的。衛星觀測表明，臭氧洞的覆蓋面積有時甚至比美國的國土面積還要大。 臭氧洞被定義為臭氧的柱濃度小于200DU，即臭氧的濃度較臭氧洞發生前減少超過30的區域。臭氧洞可以用一個三維的結構來描述，即臭氧洞的面積、深度以及延續的時間。1987年10月，南極上空的臭氧濃度降

5、到了1957 1978年間的一半，臭氧洞面積則擴大到足以覆蓋整個歐洲大陸。1994年10月 17日觀測到的臭氧洞曾一度蔓延到了南美洲最南端的上空。近幾年臭氧洞的深度和面積等仍在繼續擴展，1995年觀測到的臭氧洞發生期間是77d，到1996年南極平流層的臭氧幾乎全部被破壞，臭氧洞發生期間增加到80d。1997年至今，科學家進一步觀測到臭氧洞發生的時間也在提前，連續兩年南極臭氧洞從每年的冬初即開始，1998年臭氧洞的持續時間超過了100 d，是南極臭氧洞發現以來的最長記錄，而且臭氧洞的面積比1997年增大約15，幾乎可以相當于3個澳大利亞。這一切跡象表明，南極臭氧洞的損耗狀況仍在惡化之中。 進一步

6、的研究和觀測還發現，臭氧層的損耗不只發生在南極，在北極上空和其它中緯度地區也都出現了不同程度的臭氧層損耗現象。實際上，盡管沒有在北極發現類似南極洞的臭氧損失，但科學研究發現，北極地區在一月至二月的時間，1620 km高度的臭氧損耗約為正常濃度的10，北緯60度70度范圍的臭氧柱濃度的破壞約為58。因此，與南極的臭氧破壞相比，北極的臭氧損耗程度要輕得多，而且持續時間相對較短。 三、臭氧層破壞的原因 南極臭氧洞一經發現，立即引起了科學界及整個國際社會的高度重視。最初對南極臭氧洞的出現有過3種不同的解釋，一種認為，南極臭氧洞的發生是因為對流層中低臭氧濃度的空氣傳輸到達平流層，稀釋了平流層臭氧的濃度；

7、第二種解釋認為，南極臭氧洞是由于宇宙射線導致高空生成氮氧化物的結果；此外， Molina和Rowland提出，人工合成的一些含氯和含溴的物質是造成南極臭氧洞的元兇，最典型的是氟氯碳化合物即氟里昂(CFCs)和含溴化合物哈龍(Halons)。 越來越多的科學證據否定了前兩種觀點，而證實氯和溴在平流層通過催化化學過程破壞臭氧是造成南極臭氧洞的根本原因。 那么，氟里昂和哈龍是怎樣進入平流層，又是如何引起臭氧層破壞的呢? 我們知道，就重量而言，人為釋放的CFCs和Halons的分子都比空氣分子重，但這些化合物在對流層幾乎是化學惰性的，自由基對其的氧化作用也可以忽略。因此，它們在對流層十分穩定，不能通過

8、一般的大氣化學反應去除。經過一兩年的時間，這些化合物會在全球范圍內的對流層分布均勻，然后主要在熱帶地區上空被大氣環流帶入到平流層，風又將它們從低緯度地區向高緯度地區輸送，從而在平流層內混合均勻。在平流層內，強烈的紫外線照射使CFCs,和Halons分子發生解離，釋放出高活性原子態的氧和溴，氧和溴原子也是自由基。氯原于自由基和溴原子自由基就是破壞臭氧層的主要物質，它們對臭氧的破壞是以催化的方式進行的。 據估算，一個氯原子自由基可以破壞104105個臭氧分子，而由Halon釋放的溴原子自由基對臭氧的破壞能力是氯原子的3060倍。而且，氯原子自由基和溴原子自由基之間還存在協同作用，即二者同時存在時，

9、破壞臭氧的能力要大于二者簡單的加和。實際上，上述的均相化學反應并不能解釋南極臭氧洞形成的全部過程。深入的科學研究發現，臭氧洞的形成是有空氣動力學過程參與的非均相催化反應過程。當CFCs和Hatons進入平流層后，通常是以化學惰性的形態(ClON02和HCl)而存在，并無原予態的活性氯和溴的釋放。但南極冬天的極低溫度造成兩種非常重要的過程，一是極地的空氣受冷下沉，形成一個強烈的西向環流，稱為“極地渦旋”(polar vortex)。該渦旋的重要作用是使南極空氣與大氣的其余部分隔離，從而使渦旋內部的大氣成為一個巨大的反應器。另外，盡管南極空氣十分干燥，極低的溫度使該地區仍有成云過程，云滴的主要成分

10、是三水合硝酸 (HN033H20)和冰晶，稱為極地平流層云(polar stratospheric clouds)。南扳的科學考察和實驗室研究都證明，CION02和HCI在平流層云表面會發生以下化學反應： ClONO2十HClCl2十HNO3 CION02十H20HOCI十HNO3 生成的HN03被保留在云滴中。當云滴成長到一定的程度后將會沉降到對流層，與此同時也使HN03從平流層去除，其結果是Cl2和HOCI等組分的不斷積累。 C12和HOCI是在紫外線照射下極易光解的分子，但在冬天南極的紫外光極少，C12和HOCI的光解機會很小。當春天來臨時，C12和HOCI開始發生大量的光解，產生前述的

11、均相催化過程所需的大量原子氯，以致造成嚴重的臭氧損耗。氯原子的催化過程可以解釋所觀測到的南極臭氧破壞的約70，氧原子和溴原子的協同機制可以解釋大約20。當更多的太陽光到達南極后，南極地區的溫度上升，氣象條件發生變化，南極渦旋逐漸消失，南極地區臭氧濃度極低的空氣傳輸到地球的其他高緯度和中緯度地區，造成全球范圍的臭氧濃度下降。 北極也發生與南極同樣的空氣動力學和化學過程。研究發現，北極地區在每年的一月至二月生成北極渦旋，并發現有北極平流層云的存在。在渦旋內活性氯(CIO)占氯總量的85以上，同時測到與南極渦旋內濃度相當的活性溴 (BrO)的濃度。但由于北極不存在類似南極的冰川，加上氣象條件的差異，

12、北極渦旋的溫度遠較南極高，而且北極平流層的云量也比南極少得多。因此，目前北極的臭氧層破壞還沒有達到出現又一個臭氧洞的程度。 由上可見，南極臭氧洞的形成是包含大氣化學、氣象學變化的非均相的復雜過程，但其產生根源是地球表面人為活動釋放的氟里昂和哈龍，曾經是一個謎團的臭氧洞得到了清晰的定量的科學解釋。令科學家和社會各界憂慮的是，CFCs和Halons具有很長的大氣壽命，一旦進入大氣就很難去除，這意味著它們對臭氧層的破壞會持續一個漫長的過程，臭氧層正受到來自人類活動的巨大威脅。為了評估各種臭氧層損耗物質對全球臭氧破壞的相對能力，可以采用“臭氧損耗潛勢”(ozone depletion potentia

13、l，ODP)的參數。臭氧損耗潛勢是指在某種物質的大氣壽命期間內，該物質造成的全球臭氧損失相對于相同質量的CFC-11排放所造成的臭氧損失的比值。在大氣化學模式計算中，某物質X的ODP值可以表示為：ODP=單位物質X引起的全球臭減少/單位質量的CFC-11引起的全球臭減少臭氧損耗物質的大氣濃度分布及參與的大氣化學過程是影響其ODP值的主要因素。由于對這些因素的處理方式不同，不同研究者得到的臭氧損耗物質的ODP值存在一定的差異。 各類臭氧層損耗物質的ODP值的次序大體一致，含氫的氟氧碳化合物的ODP值遠較氟里昂低，而許多哈龍類化合物對平流層的破壞能力大大超過氟里昂。這些研究為決策者制定臭氧層損耗物

14、質的淘汰戰略和替代方案提供了有力的科學依據。但是，目前使用的許多替代產品(如HCFC類化合物)具有較高的GWP值，是重要的溫室氣體。因此，還不是理想的臭氧層損耗物質的替代物。在選擇臭氧層損耗物質的替代產品時，除了必須考慮該物質的ODP值外，還必須考慮它的GWP值，及其經過大氣化學過程后的最終產物的環境效應，在這一方面還有許多工作有待完成。 四、臭氧層破壞的后果 來自太陽的紫外輻射根據波長分為3個區，波長為315-400 nm的紫外光稱為UVA區，該區的紫外線不能被臭氧有效吸收，但是也不造成地表生物圈的損害；波長為280315nm的紫外光稱為UVB區，該波段的紫外輻射對人類和地球其他生命造成危害

15、最嚴重；波長為200-280nm的紫外光稱為UVC區，該區紫外線波長短，能量高，并能被平流層大氣完全吸收。 臭氧層的破壞，會使其吸收紫外輻射的能力大大減弱，導致到達地球表面 UVB區強度明顯增加，給人類健康和生態環境帶來嚴重的危害。由紫外輻射增加可能導致的后果有以下幾方面。 (一)對人體健康的影響 陽光紫外線UVB的增加對人類健康有嚴重的危害作用。潛在的危險包括引發和加劇眼部疾病、皮膚癌和傳染性疾病。對有些危險如皮膚癌已有定量的評價，但其他影響如傳染病等目前仍存在很大的不確定性。 實驗證明紫外線會損傷角膜和眼晶體，如引起白內障、眼球晶體變形等。據分析，平流層臭氧減少1，全球白內障的發病率將增加

16、06-08，全世界由于白內障而引起失明的人數將增加10 000-15 000人；如果不對紫外線的增加采取措施，從現在到2075年，UVB輻射的增加將導致大約1 800萬例白內障病例的發生。 紫外線UVB段的增加能明顯地誘發人類常患的3種皮膚疾病。這3種皮膚疾病中，巴塞爾皮膚瘤和鱗狀皮膚瘤是非惡性的。利用動物實驗和人類流行病學的數據資料得到的最新的研究結果顯示，若臭氧濃度下降10，非惡性皮膚瘤的發病率將會增加26。另外的一種惡性黑瘤是非常危險的皮膚病，科學研究也揭示了UVB段紫外線與惡性黑瘤發病率的內在聯系，這種危害對淺膚色的人群，特別是兒童尤其嚴重。 動物實驗發現紫外線照射會減少人體對皮膚癌、

17、傳染病及其他抗原體的免疫反應，進而導致對重復的外界刺激喪失免疫反應。人體研究結果也表明暴露于UVB中會抑制免疫反應，人體中這些對傳染性疾病的免疫反應的重要性目前還不十分清楚。但在世界上一些傳染病對人體健康影響較大的地區以及免疫功能不完善的人群中，增加的UV-B輻射對免疫反應的抑制影響相當大。 已有研究表明，長期暴露于強紫外線的輻射下，會導致細胞內的DNA改變，人體免疫系統的機能減退，人體抵抗疾病的能力下降。這將使許多發展中國家本來就不好的健康狀況更加惡化，大量疾病的發病率和嚴重程度都會增加，尤其是包括麻疹、水痘、皰疹等病毒性疾病，瘧疾等通過皮膚傳染的寄生蟲病，肺結核和麻風病等細菌感染以及真菌感

18、染等疾病。 (二)對陸生植物的影響 臭氧層損耗對植物的危害的機制目前尚不如其對人體健康的影響清楚，但在已經研究過的植物品種中，超過50的植物有來自UV-B的負影響，比如豆類、瓜類等作物，另外某些作物如土豆、番茄、甜菜等的質量將會下降。 植物的生理和進化過程都受到UV-B輻射的影響，甚至與當前陽光中UVB輻射的量有關。植物也具有一些緩解和修補這些影響的機制，在一定程度上可適應UVB輻射的變化。當植物長期接受UVB的輻射時，可能會造成植物形態的改變，植物各部位生物質的分配，各發育階段的時間及二級新陳代謝等。對森林和草地，可能會改變物種的組成，進而影響不同生態系統的生物多樣性分布。目前，這方面的研究

19、工作尚處起步階段。 (三)對水生生態系統的影響 世界上30以上的動物蛋白質來自海洋，滿足人類的各種需求。在許多國家，尤其是發展中國家，這一百分比往往還要高。 海洋浮游植物并非均勻分布在世界各大洋中，通常高緯度地區的密度較大，熱帶和亞熱帶地區的密度要低10到100倍。除可獲取的營養物，溫度，鹽度和光外，在熱帶和亞熱帶地區普遍存在的陽光UVB的含量過高的現象也在浮游植物的分布中起著重要作用。 研究人員已經測定了南極地區UVB輻射及其穿透水體的量的增加，有足夠證據證實天然浮游植物群落與臭氧的變化直接相關。對臭氧洞范圍內和臭氧洞以外地區的浮游植物生產力進行比較的結果表明，浮游植物生產力下降與臭氧減少造

20、成的UVB輻射增加直接有關。一項研究表明在冰川邊緣地區的生產力下降了6一12。由于浮游生物是水生生態系統食物鏈的基礎，浮游生物種類和數量的減少會影響魚類和貝類生物的產量。據另一項科學研究的結果，如果平流層臭氧減少25，浮游生物的初級生產力將下降10，這將導致水面附近的生物減少35。 此外，研究發現UV-B輻射對魚、蝦、蟹、兩棲動物和其他動物的早期發育階段都有危害作用。最嚴重的影響是導致其繁殖力下降和幼體發育不全。即使在現有的水平下，UVB已是限制因子。因而，當其照射量略有增加就會導致消費者生物的顯著減少。 盡管已有確鑿的證據證明UVB輻射的增加對水生生態系統是有害的，但目前還只能對其潛在危害進

21、行粗略的估計。 (四)對生物化學循環的影響 陽光紫外線的增加會影響陸地和水體的生物地球化學循環，從而改變地球大氣系統中一些重要物質在地球各圈層中的循環。例如：溫室氣體和對化學 反應具有重要作用的其他微量氣體的排放和去除過程，包括二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)、氧硫化碳(SO)及03等。這些潛在的變化將對生物圈和大氣圈之間的相互作用產生影響。 對陸生生態系統，紫外線增加會改變植物的生成和分解，進而改變大氣中重要氣體的吸收和釋放。例如在強烈UVB照射下，地表落葉層的降解過程被加速；而當主要作用是對生物組織的化學反應而導致埋在下面的落葉層光降解過程減慢時，降解過程被阻滯。植物的初級生產力隨著U

22、VB輻射的增加而減少，但對不同物種和某些作物的不同栽培品種來說影響程度是不一樣的。 UVB輻射對水生生態系統也有顯著的作用。這些作用直接造成水生生態系統中碳循環、氮循環和硫循環的影響。UVB對水生生態系統中碳循環的影響主要體現于UVB對初級生產力的抑制。在幾個地區的研究結果表明，現有UVB輻射的減少可使初級生產力增加，由南極臭氧洞的發生導致全球UVB輻射增加后，水生生態系統的初級生產力受到損害。除對初級生產力的影響外，UVB還會抑制海洋表浮游細菌的生長，從而對海洋生物地球化學 循環產生重要的潛在影響。UVB促進水中的溶解有機質(DOM)的降解，同時形成溶解無機碳(DIC)、CO以及可進一步礦化

23、或被水中微生物利用的簡單有機質等。UVB增加對水中的氮循環也有影響，它們不僅抑制硝化細菌的作 用，而且可直接光降解象硝酸鹽這樣的簡單無機物種。UVB對海洋中硫循環的影響可能會改變COS和二甲基硫(DMS)的海氣釋放，這兩種氣體可分別在平流層和對流層中被降解為硫酸鹽氣溶膠。 (五)對材料的影響 UVB的增加會加速建筑、噴涂、包裝及電線電纜等所用材料，尤其是高分子材料的降解和老化變質。特別是在高溫和陽光充足的熱帶地區，這種破壞作用更為嚴重。由于這一破壞作用造成的損失估計全球每年達到數十億美元。 UV-B無論是對人工聚合物，還是天然聚合物以及其他材料都會產生不良影響，加速它們的光降解，從而限制了它們

24、的使用壽命。研究結果已證實UVB輻射對材料的變色和機械完整性的損失有直接的影響。 在聚合物的組成中增加現有光穩定劑的用量可能緩解上述影響，但需要滿足下面三個條件：在陽光的照射光譜發生了變化即UV-B輻射增加后，該光穩定劑仍然有效；該光穩定劑自身不會隨著UV-B輻射的增加被分解掉； 經濟可行。目前，利用光穩定性更好的塑料或其他材料替代現有材料是一個正在研究中的問題。然而，這些方法無疑將增加產品的成本。而對于許多正處在用塑料替代傳統材料階段的發展中國家來說，解決這一問題更為重要和迫切。 (六)對對流層大氣組成及空氣質量的影響 平流層臭氧的變化對對流層的影響是一個十分復雜的科學問題。一般認為 平流層

25、臭氧減少的一個直接結果是使到達低層大氣的UVB增加。由于UV-B的高能量，這一變化將導致對流層的大氣化學更加活躍。 首先，在污染地區(如工業和人口稠密的城市)，UVB的增加會促進對流層臭氧和其他相關的氧化劑如過氧化氫(H2O2)等的生成，使得一些城市地區的 臭氧超標率大大增加。而與這些氧化劑的直接接觸會對人體健康、陸生植物和 室外材料等產生各種不良影響。在那些較偏遠的地區，NOx的濃度較低，臭氧的增加較少甚至還可能出現臭氧減少的情況。但不論是污染較嚴重的地區還是清潔地區，H202和OH自由基等氧化劑的濃度都會增加。其中H2O2濃度的變化可能會對酸沉降的地理分布帶來影響，結果是污染向郊區蔓延，清

26、潔地區的面積越平越少。 其次，對流層中一些控制著大氣化學反應活性的重要微量氣體的光解速率將提高，其直接的結果是導致大氣中重要自由基濃度如OH基的增加。OH自由基濃度的增加意味著整個大氣氧化能力的增強。由于OH自由基濃度的增加會使甲烷和CFCs替代物如HCFCs和HFCs的濃度成比例的下降，從而對這些溫室氣體的氣候效應產生影響。 此外，對流層反應活性的增加還會導致顆粒物生成的變化。例如，云的凝結核，由來自人為源和天然源的硫(如氧硫化碳和二甲基硫)的氧化和凝聚形成。盡管目前對這些過程了解的還不十分清楚，但平流層臭氧的減少與對流層大氣化學及氣候變化之間復雜的相互關系正逐步被揭示。第二節酸雨 酸沉降是

27、指大氣中的酸通過降水(如雨、霧、雪)等遷移到地表，或在含酸氣團氣流的作用下直接遷移到地表。前者即是濕沉降，后者即是干沉降。酸沉降的研究開始于酸雨的研究。酸雨已成為當今世界上最嚴重的區域性環境問題之一。酸雨是指雨水的PH值小于5.6的降水。 一、世界酸雨發展狀況 酸雨早在19世紀中葉就在英國發生過，然而酸雨真正被作為一種國際性環境問題正式提上議事日程，則是從1972年在斯德哥爾摩召開的聯合國人類環境會議開始的。瑞典政府提交給大會的研究報告(跨越國境的空氣污染：大氣和降水中的硫對環境的影響)標志著政府開始關注致酸物的越境遷移。現在酸沉降已經與臭氧層破壞、全球氣候變化一起成為全球性大氣環境問題中最為

28、突出的三個熱點。 最早歐洲的酸雨多發生在挪威、瑞典等北歐國家，后來擴展到東歐和中歐，直至幾乎覆蓋整個歐洲。在酸雨最嚴重的時期，挪威南部約5 000個湖泊中有 1 750個由于pH過低而使魚蝦絕跡；瑞典的9萬個湖泊中有15已受到酸雨的侵害。據估算，在斯堪的納維亞半島，由于酸雨的影響，于20世紀80年代初就已有1萬個湖泊完全酸化，另有1萬個受到嚴重威脅。在中歐，被認為是酸雨發生源的德國約有13的森林受到酸雨不同程度的危害；在巴伐利亞每4株云杉就有一株死亡；在瑞士，森林受害面積已達50以上。20世紀80年代初，整個歐洲的降水pH在4050之間，雨水中硫酸鹽含量明顯升高。 酸雨在美國東部和加拿大南部同

29、樣是棘手的環境問題。在美國南部的15個州曾達到降水平均pH值在4245之間。美國曾報道至少有1 200個湖泊已酸化，占可能酸化地區中全部湖泊的4%，在這些湖泊中，生物無法生存；此外，還有5的湖泊酸度正在上升，雖未完全酸化，但已嚴重到威脅某些生物生存的程度；酸雨已損傷了東部約35000個歷史性建筑物和10 000座紀念碑。有人估計美國每年花費在修茸這些文化古跡上的費用就已達50億美元。加拿大抽樣調查的8 500個湖泊已全部酸化。 二、中國酸雨現狀 從20世紀80年代以采，中國的酸雨污染呈加速發展趨勢。在80年代，中國的酸雨主要發生在以重慶、貴陽和柳州為代表的高硫煤使用地區及部分長江以南地區，酸雨

30、區面積約為170 x104km2。到90年代中期，酸雨已發展到青藏高原以東及四川盆地的廣大地區，酸雨面積擴大了100 x104km2。以長沙、贛州、南昌、懷化為代表的華中酸雨區，現在已成為全國酸雨污染最嚴重的地區，其中心區年均降水pH低于40，酸雨頻率高于90%，已到了幾乎“逢雨必酸”的程度。北起青島、南至廈門，以南京、上海、杭州、福州和廈門為代表的華東沿海地區也成為我國主要的酸雨地區，年均降水pH低于56的區域面積已占全國面積的30左右。 除pH外，酸沉降的另一種表征量為臨界負荷。臨界負荷是指不會對生態系統的結構和功能產生長期有害影響的酸性物質的最大量。臨界負荷的概念被用于歐洲酸雨談判中。亞

31、洲酸雨模型也采用臨界負荷來分析酸雨的影響。研究表明，我國東南部、西南和華北的硫沉降量已經超過臨界負荷，幾乎占國土面積的14。其中長江下游地區、西南重慶一帶、中原地區、山東半島和珠江三角洲的硫沉降超臨界負荷更為嚴重。 我國酸雨的化學特征是pH低、離子濃度高，硫酸根、銨和鈣離子濃度遠遠高于歐美，而硝酸根濃度則低于歐美，屬硫酸型酸雨。硫酸根與硝酸根濃度之比平均為64。 酸沉降對水體、森林和土壤具有重要影響，因酸沉降引起的經濟損失相當可觀。據研究估算，酸沉降對江蘇、浙江、安徽、福建、江西、湖北、湖南、廣東、廣西、四川、貴州等11個省、自治區造成的森林生態損失已達510億元年左右，造成的農作物經濟損失約

32、為4391億元年。酸沉降已成為制約地方經濟發展的主要因素之一。削減SO2的排放，控制酸沉降污染的發展，已刻不容緩。為此國務院已于1998年劃定我國的“酸雨污染控制區”和“SO2排放控制區”國家兩控區規劃已經編制完成，即將付諸實施。三、酸雨形成的機制酸雨的形成是一個復雜的問題，包括物理，化學和物理化學過程，而這些過程又受人為和自然等諸多因素的影響。對酸雨形成機制目前還沒有完全弄清楚。一般認為，酸雨是由SO：、NOx和氯化物等大氣污染物，在一定條件下通過化學反應而生成H2SO4，HN03和HCI并隨雨、雪等降落到地面酸雨的主要成分是H2SO4和HNO3，它們占酸雨總酸量的90以上酸雨中H2SO4與

33、HNO3之比，與燃料的結構和燃燒溫度有很大關系。在發達國家與地區，酸雨中H2S04與HN03之比一般為3：22：1，我國為10：1。大氣中的SO,和NOx既來自人為污染，也來自天然釋放。天然源的SO：主要來自陸地和海洋生物殘體的腐解，據1972年聯合國人類環境會議所提供的數字，天然源排放的硫大約為每年1.5-20億噸。此外，火山爆發也釋放出大量的SO：，例如1982年墨西哥ElChicon火山爆發，把多達2000萬噸的SO2氣溶膠煙云噴發到平流層中去。人為源的SO2主要是化石燃料的燃燒，其總量與自然釋放量相當，并主要來自占地球總面積不到5的工業化地區，歐洲、北美東部和中國、日本。個別大型冶煉廠

34、的拌硫量之大是驚人的，如加拿大安大略省的Sudbury一家鋼鎳冶煉廠通過其400米的超高煙囪的捧硫量占全世界天然與人為排硫總量的l，相當于全世界火山一年的排硫量。在人為因素中有的來自本國或本地區，也有的來自鄰國或地區。也就是說，城市排放的各種污染物不僅造成局部地區的污染，而且可隨氣流輸送到很遠距離，污染廣大地區。例如，美國采用高煙囪排放，將SO2輸送到加拿大，英國、德國和前蘇聯捧放的sO2有一部分降落到瑞典和芬蘭。酸雨的“越境”轉移已引起新的國際爭議為了解大氣污染物的擴散、傳輸及沉降過程，科學工作者采用了多種模式進行運算但現有的各種模式都有其局限性，因為大氣污染物的傳輸、沉降過程非常復雜，受很

35、多因素的影響，包括其物理、化學性質，風速、大氣紊流等氣象條件因此，要確切地描述污染物在不同時間、空間的濃度分布與沉降是很困難的，各種模式的計算結果只能視作一種科學預測。用于大氣污染物擴散、傳輸和沉降的模式較多，按尺度可分為短距離模式、中距離模式和遠距離模式三種。四、酸雨的危害酸雨對環境和人類的影響是多方面的。天然降雨具弱酸性，可溶解適量的地殼礦物質供植物吸收，這對生態環境是有利的但如果酸性過強，就會給生態環境帶來種種危害，其危害程度，除與降水酸度有關外，還與土壤和水體的敏感度有很大關系。敏感度高的地區，酸雨容易造成傷害。在敏感度低的地區，酸雨可能在很長時期內都不顯現有害后果。 (1)對水生生態

36、系統的危害：在酸化的水體中，魚卵不能孵化或成長，致使魚類減少或絕跡另外，土壤酸化后失去了中和能力，有毒的鋁離子和其它重金屬離子從土壤和底質中溶出，造成魚類中毒死亡。 (2)對陸生生態系統的危害：主要表理在酸雨使土壤酸化，危害作物和森林生態系統在其酸化過程中，Ca、Mg、K等營養元素被淋失，微生物固氮和分解有機質的活動受抑制，從而使土壤貧瘠化有毒重金屬(Al、cd等)的溶解流動，則傷害植物根系，或者進入江向湖泊與地下水中，引起水質污染。酸雨對森林的危害比較明顯，一是直接傷害樹的葉子，二是使森林土壤酸化根據Ulrich的研究，酸雨對森林的危害可分為四個階段；第一階段，由于酸雨增加了硫和氮，同時使土

37、壤中營養元素加速釋放，樹木生長變化較為迅速，呈現受益的傾向。這個階段常常可在短期的研究中觀察到第二階段，隨著硫和氮的長期降落，土壤不斷進行著離于交換，養分被淋失，致使土壤的中和能力以及養分的供應能力大大減弱。第三階段，這是一個不穩定時期。連續的酸雨活化了土壤中的鋁離子和其它重金屬離于并把它們釋放出來，由非溶態變為可溶態對樹木根毛產生危害這個階段土壤溶液和根部的CaAl比率小于1當其比率小于015時，所溶出的Al具有毒性，它使樹木生長受到抑制。第四階段，生態系統失去了恢復力，樹木瀕臨死亡Bormann也作過類似的研究，他將森林生態系統的衰退描述成“俯沖式森林結構”；首先死亡的是喬木，緊接著是灌木

38、。對于森林的衰退和死亡，有的科學工作者認為酸雨不是主要原因，如將森林死亡完全歸咎于酸雨，無助于問題的最終解決。他們對森林的死亡原因提出以下幾點意見：第一，各種污染物和酸雨共同作用的結果。第二，干旱所造成的影響第三，其它原因的影響酸雨對農作物的直接影響尚無定論，但可能減弱作物的光合作用和抗病蟲害的能力。作物在某些生長階段較為敏感，容易受害，使產品的產量和質量下降。 (3)對建筑材料和古跡的危害：酸雨腐蝕建筑材料(石料、金屬)，使其風化過程加速近十幾年來，一些古跡特別是石刻、石雕或銅塑像的損壞超過以往百年以上甚至千年以上盡管這種破壞還有來自大氣污染物和自然風化的作用，但可以認為，酸雨是其中一個重要

39、因素。大理石最易受酸雨的損害，這與其組成成分有關。大理石的主要成分是CaCO3，它與酸性污染物之間的反應式為:通過上述反應，溶解下來的CaS042H2O和Ca(NO3)2或被雨水沖走，或以結殼形式沉積于大理石表面并逐漸脫落，從而使古跡文物遭受破壞。酸雨中的H2S04和HN03可以與許多金屬發生化學反應，使其受到腐蝕而損壞。酸雨腐蝕金屬有三種途徑：一是溶解金屬生成鹽類：二是氧化成氧化物，三是與金屬表面沉積物作用而使腐蝕加速。 (五)酸雨對人體健康的影響到目前為止還未發現酸雨對健康的直接影響但是，酸化湖泊的魚體中，作為飲用水源的酸化地下水、酸化土壤上生長的農作物中，有毒金屬含量較高，這是一種對人體

40、健康的潛在威脅酸化地下水對土壤與巖石中金屬元素的溶解能力增強，其中Al、Cu、Zn和Cd的濃度有時比正常地下水高10-100倍這種酸水進入自來水系統后，還能腐蝕給水設施與管網，使其中的金屬溶出，進入飲水之中，直接威脅人體健康。另外，據報道，酸雨中可能存在一些對人體有害的有機化合物。例如日本發現酸雨中存在甲醛、丙烯醛等有機物，這些物質會刺激人的眼睛和皮膚第三節水污染 水污染是指天然潔凈水由于人類活動而被玷污的現象。1984年頒布的(中華人民共和國水污染防治法)中說明，水污染即指“水體因某種物質的介入而導致其物理、化學、生物或者放射性等方面特性的改變，從而影響水的有效利用，危害人體健康或破壞生態環

41、境，造成水質惡化的現象”。 一、主要的水環境污染物 造成水體污染的污染源有多種，不同污染源排放的污水廢水具有不同的成分和性質，但其所含的污染物主要有以下幾類： (一)懸浮物 懸浮物主要指懸浮在水中的污染物質，包括無機的泥沙、爐渣、鐵屑，以及有機的紙片、菜葉等。水力沖灰、洗煤、冶金、屠宰、化肥、化工、建筑等工業廢水和生活污水中都含有懸浮狀的污染物，排入水體后除了會使水體變得渾濁，影響水生植物的光合作用以外，還會吸附有機毒物、重金屬、農藥等，形成危害更大的復合污染物沉入水底，日久后形成淤積，會妨礙水上交通或減少水庫容量，增加挖泥負擔。 (二)耗氧有機物 生活污水和某些工業廢水中含有糖、蛋白質、氨基

42、酸、酯類、纖維素等有機物質，這些物質以懸浮狀態或溶解狀態存在于水中，排入水體后能在微生物作用下分解為簡單的無機物，在分解過程中消耗氧氣，使水體中的溶解氧減少，微生物繁殖。當水中溶解氧降至4mgL以下時，將嚴重影響魚類和水生生物的生存；當溶解氧降至零時，水中厭氧微生物占據優勢造成水體變黑發臭，將不能被用于作飲用水源和其他用途。耗氧有機物的污染是當前我國最普遍的一種水污染。由于有機物成分復雜，種類繁多，一般用綜合指標生化需氧量(BOD)、化學需氧量(COD)或總有機碳(TOC)等表示耗氧有機物的量。清潔水體中BOD5含量應低于3mgL，BODs超過10mg/L,則表明水體已經受到嚴重污染。 (三)

43、植物性營養物 植物性營養物主要指含有氮磷等植物所需營養物的無機、有機化合物，如氨氮、硝酸鹽、亞硝酸鹽、磷酸鹽和含氮和磷的有機化合物。這些污染物排入水體，特別是流動較緩慢的湖泊、海灣，容易引起水中藻類及其他浮游生物大量繁殖，形成富營養化污染，除了會使自來水處理廠運行困難，造成飲用水的異味外，嚴重時也會使水中溶解氧下降，魚類大量死亡，甚至會導致湖泊的干涸滅亡。 (四)重金屬 很多重金屬對生物有顯著毒性，并且能被生物吸收后通過食物鏈濃縮千萬倍，最終進入人體造成慢性中毒或嚴重疾病。例如，著名的日本水俁病就是由于甲基汞破壞了人的神經系統而引起的；骨痛病則是鎘中毒造成骨骼中鈣的減少的后果，這兩種疾病最終都

44、會導致人的死亡。 (五)酸堿污染 酸堿污染物排入水體會使水體pH發生變化，破壞水中自然緩沖作用。當水體pH小于65或大于85時，水中微生物的生長會受到抑制，致使水體自凈能力減弱，并影響漁業生產，嚴重時還會腐蝕船只、橋梁及其他水建筑。用酸化或堿化的水澆灌農田，會破壞土壤的理化性質，影響農作物的生長。酸堿對水體的污染，還會使水的含鹽量增加，提高水的硬度，對工業、農業、漁業和生活用水都會產生不良的影響。 (六)石油類 含有石油類產品的廢水進入水體后會漂浮在水面并迅速擴散，形成一層油膜，阻止大氣中的氧進入水中，妨礙水生植物的光合作用。石油在微生物作用下的降解也需要消耗氧，造成水體缺氧。同時，石油還會使

45、魚類呼吸困難直至死亡。食用在含有石油的水中生長的魚類，還會危害人身健康。 (七)難降解有機物 難降解有機物是指那些難以被微生物降解的有機物，它們大多是人工合成的有機物。例如，有機氧化合物、有機芳香胺類化合物、有機重金屬化合物以及多環有機物等。它們的特點是能在水中長期穩定地存留，并通過食物鏈富集最后進入人體。它們中的一部分化合物具有致癌致畸和致突變的作用，對人類的健康構成了極大的威脅。 (八)放射性物質 放射性物質主要來自核工業和使用放射性物質的工業或民用部門。放射性物質能從水中或土壤中轉移到生物、蔬菜或其他食物中，并發生濃縮和富集進入人體。放射性物質釋放的射線會使人的健康受損，最常見的放射病就

46、是血癌，即白血病。 (九)熱污染廢水排放引起水體的溫度升高，被稱為熱污染。熱污染會影響水生生物的生存及水資源的利用價值。水溫升高還會使水中溶解氧減少，同時加速微生物的代謝速率，使溶解氧的下降更快，最后導致水體的自凈能力降低。 (十)病原體 生活污水、醫院污水和屠宰、制革、洗毛、生物制品等工業廢水，常含有病原體，會傳播霍亂、傷寒、胃炎、腸炎、痢疾以及其他病毒傳染的疾病和寄生蟲病。 二、水污染的主要來源 人類活動所捧放的各類污水是將上述污染物帶入水體的一大類污染源，由于這些污水、廢水多由管道收集后集中排除，因此常被稱為點污染源。大面積的農田地面徑流或雨水徑流也會對水體產生污染，由于其進入水體的方式

47、是無組織的，通常被稱為非點污染源，或面污染源。 (一)點污染源 主要的點污染源有生活污水和工業廢水。污水、廢水的成分和性質有很大的差別。 1生活污水由于產生廢水的過程不同，這些生活污水主要來自家庭、商業、學校、旅游服務業及其他城市公用設施，包括廁所沖洗水、廚房洗滌水、洗衣機排水、沐浴排水及其他排水等。污水中主要含有懸浮態或溶解態的有機物質(如纖維素、淀粉、糖類、脂肪、蛋白質等)，還含有氮、硫、磷等無機鹽類和各種微生物。一般生活污水中懸浮固體的含量在200 400mgL,之間，由于其中有機物種類繁多，性質各異，常以生化需氧量(BOD5)或化學需氧量(COD)來表示其含量。一般生活污水的BOD5在

48、200-400 mgL之間。 2工業廢水 工業廢水產自工業生產過程，其水量和水質隨生產過程而異，根據其來源可以分為工藝廢水、原料或成品洗滌水、場地沖洗水以及設備冷卻水等；根據廢水中主要污染物的性質，可分為有機廢水、無機廢水、兼有有機物和無機物的混合廢水、重金屬廢水、放射性廢水等；根據產生廢水的行業性質，又可分為造紙廢水、印染廢水、焦化廢水、農藥廢水、電鍍廢水等。 不同工業排放廢水的性質差異很大，即使是同一種工業，由于原料工藝路線、設備條件、操作管理水平的差異，廢水的數量和性質也會不同，一般講來工業廢水有以下幾個特點：廢水中污染物濃度大，某些工業廢水含有的懸浮固體或有機物濃度是生活污水的幾十甚至

49、幾百倍；廢水成分復雜且不易凈化，如工業廢水常呈酸性或堿性廢水中常含不同種類的有機物和無機物，有的還含重金屬、氰化物、多氯聯苯、放射性物質等；帶有顏色或異味，如刺激性的氣味，或呈現出令人生厭的外觀，易產生泡沫，含有油類污染物等；廢水水量和水質變化大，因為工業生產一般有著分班進行的特點，廢水水量和水質常隨時間有變化，工業產品的調整或工業原料的變化，也會造成廢水水量和水質的變化；某些工業廢水的水溫高，甚至有高達40以上。（二）面污染源 面污染源又稱非點污染源，主要指農村灌溉水形成的徑流，農村中無組織排放的廢水，地表徑流及其他廢水污水。分散排放的小量污水，也可列入面污染源。農村廢水一般含有有機物、病原

50、體、懸浮物、化肥、農藥等污染物；畜禽養殖業排放的廢水，常含有很高的有機物濃度；由于過量地施加化肥，使用農藥，農田地面徑流中含有大量的氟、磷營養物質和有毒的農藥。三、水污染主要危害 (一)危害人體健康 水污染直接影響飲用水源的水質。當飲用水源受到合成有機物污染時，原有的水處理廠不能保證飲用水的安全，這將導致如腹水、腹瀉、腸道線蟲、肝炎、胃癌、肝癌等很多疾病的產生。與不潔的水接觸也會染上如皮膚病、沙眼、血吸蟲、鉤蟲病等疾病。近來很多人談論到環境污染導致雌激素增加，影響到了人類的繁殖能力；還有人指出水污染會造成自然流產或是先天殘疾。總之，水污染危害人體健康是不容量疑的。 據世界銀行調查資料，與其他收

51、入水平相當的發展中國家相比，中國的安全飲用水供給水平及衛生設施水平是比較高的。因此，與水污染有關的疾病的發病率相對較低。1990年，我國有15的總死亡率和3的總疾病率與供水及其衛生條件相關。相比之下，與空氣污染有關的慢性障礙性呼吸道疾病卻占總死亡率的16和總疾病率的85。應該注意，中國農村由于化肥的廣泛使用以及農民收入的提高，農民收集城市糞便用作肥料的習慣已經改變，但城鎮中現代化的污水收集和處理系統卻遠未形成。因此，可能會引起全國范圍，特別是北方地區腸道疾病發病率的增加。水污染對于飲用水源的威脅，也必然帶來對人體健康的威脅。 對某些污水灌溉區的調查說明，生活在污水灌溉區的農民的發病率要明顯比非

52、污水灌溉區的發病率高。對采用不同飲用水源的人群的調查說明，在同一個地區，飲用井水的居民癌癥發病率要比飲用池塘水的居民低得多。 (二)降低農作物的產量和質量 由于污水提供的水量和肥分，很多地區的農民，有采用污水灌溉農田的習慣。但慘痛的教訓表明，含有有毒有害物質的廢水污水污染了農田土壤，造成作物枯萎死亡，使農民受到極大的損失。盡管不少地區也有獲得作物豐收的現象，但是在作物豐收的背后，掩蓋的是作物受到污染的危機。研究表明，在一些污水灌溉區生長的蔬菜或糧食作物中，可以檢出痕量有機物，包括有毒有害的農藥等，它們必將危及消費者的健康。 (三)影響漁業生產的產量和質量 漁業生產的產量和質量與水質直接緊密相關

53、。淡水漁場由于水污染而造成魚類大面積死亡事故，已經不是個別事例，還有很多天然水體中的魚類和水生物正瀕臨滅絕或已經滅絕。海水養殖事業也受到了水污染的破壞和威脅。水污染除了造成魚類死亡影響產量外，還會使魚類和水生物發生變異。此外在魚類和水生物體內還發現了有害物質的積累，使它們的食用價值大大降低： (四)制約工業的發展 由于很多工業(如食品、紡織、造紙、電鍍等)需要利用水作為原料或洗滌產品和直接參加產品的加工過程，水質的惡化將直接影響產品的質量。工業冷卻水的用量最大，水質惡化也會造成冷卻水循環系統的堵塞、腐蝕和結垢問題，水 硬度的增高還會影響鍋爐的壽命和安全。 (五)加速生態環境的退化和破壞 水污染

54、造成的水質惡化，對于生態環境的影響更是十分嚴峻。水污染除了對水體中天然魚類和水生物造成危害外，對水體周圍生態環境的影響也是一個重要方面。污染物在水體中形成的沉積物，對水體的生態環境也有直接的影響。 (六)造成經濟損失 水污染對人體健康、農業生產、漁業生產、工業生產以及生態環境的負面影響，都會表現為經濟損失。例如，人體健康受到危害將減少勞動力，降低勞動生產亭，疾病多發需要支付更多醫藥費；對工農業漁業產量質量的影響更是直接的經濟損失；對生態環境的破壞意味著對污染治理和環境修復費用的需求將大幅度增加。世界銀行曾對中國大氣污染和水污染所造成的損失作了估算，其結論是與大氣污染和水污染對人體健康的影響相當

55、的經濟損失是每年24228億萬美元，占我國國民生產總值的35。這個數字還沒有包括水資源短缺和水環境污染對工農業所造成的直接經濟損失。第四節 荒漠化 一、荒漠化的概念“荒漠化”是法國植物和生態學家A，奧布雷維萊(AAubreville)針對非洲熱帶草原退化為類似荒漠的環境變化現象，于1949年首次提出的。但荒漠化作為一個生態環境問題開始引起重視，源于20世紀60年代末70年代初發生在非洲撒哈拉地帶的連續干旱和隨之而來的饑荒。隨著人類對自然環境的影響日益加劇，荒漠化問題也越來越突出。從1977年世界荒漠化會議，到1990年內羅畢舉行的荒漠化評估的特別顧問會議，從1992年的巴西里約熱內盧環境發展大

56、會，到1994年全球112個國家在法國巴黎簽署的(聯合國防治荒漠化公約，世界各 國對荒漠、荒漠化及其過程進行了廣泛研究，總結了荒漠化的現狀和發展趨向，并把每年的6月17日定為“世界防治荒漠化和干旱日”。這表明世界各國對防治荒漠化已達成了廣泛的共識。 在國際防治荒漠化公約中明確指出：“荒漠化是包括氣候變異和人類活動在 內的種種因素所造成的干旱、半干旱和亞濕潤干旱地區的土地退化”。它包含了三層含義：一是造成荒漠化的原因，包含“氣候變異和人類活動在內”的種種因 素；二是荒漠化范圍，是在“干旱、半干旱和亞濕潤干旱地區”，即指年降水量與潛 在蒸發量之比在005-065之間的地區，但不包括極區和副極區；三

57、是表現形 式為“土地退化”，是指由于使用土地或由于一種營力或數種營力結合致使干旱、半干旱和亞濕潤干旱地區雨澆地、水澆地或草原、牧場、森林和林地的生物或經濟生產力和復雜性下降或喪失，其中包括風蝕和水蝕致使土壤物質流失，土壤的 物理、化學和生物特性或經濟特性退化及自然植被長期喪失。 綜上所述，所謂荒漠化既包括非沙漠環境向沙漠環境或類似沙漠環境的轉移，也包括沙質環境的進一步惡化。 二、荒漠化的現狀 據聯合國環境署(UNEP)1992的現狀調查推斷，全球23的國家和地區、世界陸地面積的13受到荒漠化的危害，約15的世界人口受到直接影響，每年約 有(5 0007 000)X104km2的耕地被沙化，其中

58、有2 100X104km2完全喪失生產能力，經濟損失高達423億美元。荒漠化受害面涉及到世界各大陸，最為嚴重 的是非洲大陸，其次是亞洲。由于荒漠化的影響，全球每年大約喪失(4558) x104km2的放牧地、(3540)x104km2的雨養農地以及(1013)x104 km2的灌溉土地。 我國是世界上人口最多、耕地面積不足的發展中國家，同時也是受荒漠化危害最嚴重的國家之一。按國際荒漠化公約中的規定計算，我國潛在荒漠化發生 地區涉及內蒙古、遼寧、吉林、北京、天津、河北、山西、陜西、寧夏、甘肅、青海、新 疆、西藏，以及山東、河南、四川、云南和海南共18個省、直轄市，東起黃淮海平原風沙化土地和遼河流

59、域抄地，西至新疆塔克拉瑪干沙漠，遍及內蒙古高原、黃土 高原、寧夏河東、甘肅河西走廊、青海柴達木盆地、新疆準葛爾盆地和塔里木盆地 的廣大地域。區域總面積達35705X104km2，占全國總面積的372，其中干 旱地區面積為14267X104km2，半干旱地區為11392X104km2，亞濕潤干旱區為7512x104km2，極干旱區為2534x104km2。除去極干旱區域(濕潤指數小 于005)外，中國荒漠化易發生區域總面積為33171x104km2，占國土面積的3456。我國干旱區草地總面積為186x104hm2，其中105x104hm2發生了 退化，占565；干旱區總耕地面積1 7126X10

60、4hm2其中7726X104hm2已經退化，占401。因此，我國受荒漠化影響的土地面積約333x104km2，占國 土總面積的13，且仍以每年2 300km2的速度在推進，近4億人口受到荒漠化 的威脅，其中有100多個貧困縣集中在荒漠化地區，直接損失達2030萬美元。 在荒漠化中，沙質荒漠化、土壤鹽堿化、水土流失等都十分嚴重，極大地制約了荒漠化地區的經濟發展和人民生活水平的提高。 三，荒漠化的成因根據荒漠化的定義，荒漠化的產生和發展主要可分為自然因素和人為因素. (一)自然因素 異常氣候使自然生態系統具有的抵抗力下降。首先，干旱多風使原本脆弱 的生態環境受到致命的打擊。它導致作物欠收，引起饑荒