西交大能源环境学讲义第3章 能源有关的环境问题.doc

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第3章能源有关的环境问题

3.1能源利用造成的污染与破坏

人口增长迅速、能源消耗加快、工业排放增加，可能是全球变化的主因。

地球上的生物，尤其是植物、微生物，利用太阳能进行代谢活动，吸收、排放CO2，并影响、控制水循环，保持地球最近亿万年来的生物地球化学圈的稳定，使气候等地球环境的自然变化保持在一定范围。对南极冰芯气泡中封闭的古大气的分析表明，CO2、CH4、N2O等的浓度，除了最近200年，此前的数千年来几乎保持不变。这些温室气体浓度一定，保证了地球处于大致稳定的自然温室状态。于是平均地面温度、气候等就能稳定在一定范围。同样地，CH4、N2O、CH3Cl等微量气体，在大气中寿命在数年以上；它们的浓度在大气中基本稳定，则保证了平流层光化学反应的稳定性。于是平流层中O3浓度得以稳定不变。另外，陆地植物、土壤微生物、海洋微生物等排放碳氢化合物、氮氧化物、硫化物等等，影响对流层中的反应性微量成分，造成了光化学反应产生O3、云凝结核等微小气溶胶生成；只要其先驱物——微量成分保持一定，则对流层中大气性质、云的生成量就保持稳定。

南极冰芯气泡的研究数据表明，工业革命以来大气中CO2、CH4、N2O等微量气体浓度迅速上升。从近年来大气测定数据来看，上述三种气体大致分别以0.4%、0.9%、0.25%的年增长率在迅速增长。除了这些几种气体，来自人类工业活动的氯氟烃类(CFCs)有机化合物，大气中的二次生成物如NO3－、SO42－、CO、对流层中的O3等，也都明显增加。

这些大气微量成分增加的原因，主要是人口增长迅速、能源消耗加快、工业排放增加。就是说，主要归咎于不适当的人类活动。从根本上说，人类也是地球生物的一种。人类在地球上活动，构成了生物圈的一部分，本来应该使地球系统调和融洽。但是，工业革命以来，人类活动的影响超过了自然恢复能力，导致了地球系统的变动，出现了地球变暖、O3层破坏、酸雨等各种现象。究其原因，是人类活动排放过量的污染物，使大气微量成分浓度发生变化，进而破坏了地球环境的稳定状态，于是引起了全球变化。

全球变化(globalchange)可定义为全球环境在自然作用和人类活动影响下，可能改变地球生物承载能力的变化，包括气候、土地生产力、海洋等水资源、大气化学、生态系统等的变化。全球变化不仅是大气环境变化，还包括土地利用/土地覆被变化、海洋污染、生态破坏等等广泛的概念。从地球系统的观点来看，人类活动是地球生物活动的一个重要部分，但不是全球变化的唯一原因。人类活动和自然因素共同作用，导致了一系列互相关联的变动，发生全球规模的各种变化。因此，需要从地球系统的观点来看全球规模的环境问题；种种表现在本质上是相互联系、互为因果的。

地球环境问题的相互关系如图2.1所示。比如，沙漠化、地球温暖化、酸雨都对土壤生态系统造成影响。通过土壤微生物变化，影响CO2及其它大气微量成分的吸收、排放量。同样地，海洋污染影响了海洋生态系统，进而影响海洋碳循环，有可能与当前的热点问题密切相关——CO2的海洋吸收量变化，导致大气CO2积累。另外，森林面积减少，CO2吸收量减少，直接促进地球温暖化；森林减少与沙漠化一起，使水分蒸发量、水循环变动，可能是间接引起气候变化的原因。总之，种种全球环境问题的根源、以及对全球变化的影响过程之间，有着强烈的复杂的相互关系。

地球温暖化臭氧层破坏酸沉降

平流层温度降低地表紫外线增加

气候变动影响自然、农业生态系统

海平面上升大气微量成分变化:CO2SO2

CH4N2OO3CFCDMSH2O等

土壤起源大气微量成分海洋起源大气微量成分植物起源大气微量成分

吸收、排放变化排放变化排放变化

影响土壤生态系统影响海洋生态系统水分蒸发量变化生物多样性减少

土地荒漠化海洋污染森林面积减少

图3.1地球环境问题的相互关系

人类活动对全球变化产生很大作用。主要是人口增长和生产水平提高，其它如科技进步、战争等，都使得资源消耗量迅速增大。一方面人口剧增，需要粮食、住宅等；一方面要提高生活水平，要发展经济、文化、科技等；两方面作用叠加，加剧了地球资源消耗。资源，尤其是能源的过渡开发利用产生了环境问题。在能源开发过程中，破坏和污染环境；在能源利用过程中，产生气体、