生态演变与人类文明

三、工业化初期的全球生态演变

  在过去几十年的时间内，传统的工业化经济模式带来的环境变化，从地区性问题发展成为波及世界各国的全球性问题。如全球气候变暖、臭氧层破坏、生物多样性减少、酸雨污染以及核污染、沙尘暴等。围绕这些问题，国际社会在经济、政治、技术、贸易等方面形成了复杂的抗御或合作关系，并建立了一个庞大的国际环境条约体系，正在越来越影响着全球经济、政治和技术的未来走向。

  1.全球气候变化

  (1)气候变化是一个最典型的全球尺度的环境问题。2O世纪70年代，科学家把气候变暖作为一个全球环境问题提了出来。80年代，随着对人类活动和全球气候关系认识的深化，随着近百年来“最热”天气的出现，这一问题开始成为国际政治和外交议题。1992年联合国里约环发大会上，通过并签署《气候变化框架公约》。气候变化问题直接涉及经济发展方式及能源利用的结构与数量，正在成为深刻影响21世纪全球发展的一个重大国际性问题。

  近50多年来，大气中产生温室效应的气体已经发现近30种，其中二氧化碳起重要的作用，甲烷、氟利昂和氧化亚氮也起相当重要的作用(表2-6)。

从长期气候数据比较来看，在气温和二氧化碳之间存在显著的相关关系(图2-2)。

    目前国际社会所讨论的气候变化问题，主要是指温室气体增加产生的气候变暖问题。20世纪以来所进行的科学观测表明，大气中各种温室气体的浓度都在增加。1750年之前，大气中二氧化碳含量基本维持在280毫升／升。工业革命后，随着人类活动，特别是消耗的化石燃料不断增长和森林植被的大量破坏，人为排放的二氧化碳等温室气体不断增加，大气中二氧化碳含量逐渐上升，每年大约上升工.8毫升／升(约O.4％)，到目前已上升到近360毫升／升。从测量的结果看，大气中二氧化碳的增加部分约等于人为排放量的一半。政府间气候变化小组1996年发表了新的评估报告，再次肯定了温室气体增加将导致全球气候的变化。根据各种计算机模型的预狈0，如果二氧化碳浓度从工业革命前的280毫升／升增加到560毫升／升，全球平均温度可能上升1.5—4°C。

    (2)影响气候变化的因素。自然界本身排放着各种温室气体，同时在吸收或分解它们。在地球的长期演化过程中，大气中温室气体的变化是十分缓慢的，处于一种循环过程。迄今为止，发达国家消耗了全世界所生产的大部分化石燃料，其二氧化碳累积排放量达到了很高的水平。截至1992年，15个国家的二氧化碳排放量，列在表2—7中。从表中可以看出，发达国家仍然是二氧化碳等温室气体的主要排放国，美国是世界上头号排放大国，包括中国在内的一些发展中国家的排放总量也在迅速增长。前苏联解体后，中国的排放量位居世界第二，受到国际社会的关注。但以人均排放量和累积排放量而言，发展中国家还远远低于发达国家(表2—7)。

  人为的温室气体排放趋势，主要取决于人口增长、经济增长、技术进步、能效提高、各种能源相对价格等诸多因素的变化。国际著名能源机构——国际能源局、美国能源部和世界能源理事会，根据经济增长和能源需求的不同景况，预测、提出了人为二氧化碳排放的各种可能趋势。认为在经济增长平缓，对化石燃料使用没有采取强有力的限制措施的情况下，到2O10年化石燃料仍将占世界商品能源的3／4左右，其消费量可能超过目前水平的35％，同能源使用相关的二氧化碳排放量可能增长30％～40％。到21世纪中叶，发达国家仍将是大气中累积排放的二氧化碳的主要责任者。当然，如果世界各国采取适合环境要求的经济和能源发展战略，二氧化碳排放可能出现不同的前景(表2-8)。

    (3)气候变化的影响和危害。按照目前的发展趋势，科学家预测有可能出现的影响和危害有：

    海平面上升  全世界大约有1／3的人口生活在沿海岸线60千米的范围内，经济发达，城市密集。全球气候变暖导致的海洋水体膨胀和两极冰雪融化，可能在21OO年使海平面上升50厘米，危及全球沿海地区，特别是那些人口稠密、经济发达的河口和沿海低地。这些地区可能会遭受淹没或海水入侵，海滩和海岸遭受侵蚀，土地退化，海水倒灌和洪水加剧，港口受损，并影响沿海养殖业和供水排水系统。

    影响农业和自然生态系统  随着二氧化碳浓度增加和气候变暖，可能会增加植物的光合作用，延长生长季节，使世界一些温度较低的地区更加适合农业耕作。但全球气温和降雨形态的迅速变化，也可能使一些地区的农业和自然生态系统难以很快适应这种变化，从而遭受灾害性影响，造成较大范围的森林植被破坏和农业灾害。

    加剧洪涝、干旱及其他气象灾害  全球平均气温略有上升，就可能带来频繁的气候灾害。过多的降雨、大范围的干旱和持续的高温，造成大范围的灾害损失。有的科学家根据气候变化的历史数据，推测气候变暖可能破坏海洋环流，引发新的冰河期，给高纬度地区造成可怕的气候灾难。

    影响人类健康  气候变暖有可能增加疾病危险，特别是传染病的流行。高温会给人类的循环系统增加负担，热浪会引起死亡率的上升。随着温度升高，可能使许多国家疟疾、淋巴腺丝虫病、血吸虫病、黑热病、登革热、传染性脑炎增加或再次发生。

    (4)气候变化对中国的影响。从中外专家的研究结果看，总体上我国的变暖趋势冬季将强于夏季；在北方和西部的温暖地区以及沿海地区降雨量将会增加，长江、黄河等流域的洪水暴发频率会提高；东南沿海地区台风和暴雨也将更为频繁；春季和初夏许多地区干旱加剧，干热风频繁，土壤蒸发量上升。农业是受影响最大的部门。温度升高将延长作物生长期，减少霜冻，二氧化碳的“肥料效应”会增强光合作用，对农业产生有利的影响；但土壤蒸发量上升，洪涝灾害增多和海水侵蚀等也将对农业带来不利的影响。海平面上升最严重的影响是增加风暴潮和台风发生的频率和强度，海水入侵和沿海侵蚀也将造成经济和社会的重大损失。

     2.臭氧层破坏和损耗

    (1)臭氧层破坏及其成因。大气中的臭氧含量仅一亿分之一，但在离地面2O～30千米的平流层中，存在着一个臭氧层，其中臭氧的含量占这一高度空气总量的十万分之一。臭氧层的臭氧含量虽然极其微少，却具有很强的吸收紫外线的功能，可以吸收太阳光紫外线中对生物有害的部分(UV—B)。由于臭氧层有效地阻挡了来自太阳紫外线的侵袭，才使得人类和地球上各种生命能够存在、繁衍和发展。

    1985年，英国科学家观测到南极上空出现臭氧层空洞，并证实其同氟利昂(CFCs)分解产生的氯原子有直接关系。到工994年，南极上空的臭氧层破坏面积已达2 400万千米2；北半球上空的臭氧层比以往任何时候都薄，欧洲和北美上空的臭氧层平均减少了10％～15％，西伯利亚上空甚至减少了35％。

    20世纪80年代后期，氟利昂的产量达到了144万吨。在对氟利昂实行控制之前，全世界向大气中排放的氟利昂已达到了2 000万吨。由于它们在大气中的平均寿命达数百年，所以排放的大部分氟利昂仍留在大气层中，其中大部分停留在对流层，当其上升进入平流层后，在一定的气象条件下，受到强烈紫外线的作用而被分解，分解释放出的氯原子同臭氧发生连锁反应，不断破坏臭氧分子。科学家估计一个氯原子可以破坏数万个臭氧分子。

    (2)臭氧层破坏的危害。臭氧层破坏的后果是严重的。如果平流层的臭氧总量减少1％，预计到达地面的有害紫外线将增加2％。有害紫外线的增加，会产生以下一些危害：

    使皮肤癌和白内障患者增加  损坏人的免疫力，使传染病的发病率上升。据估计，臭氧减少1％，皮肤癌的发病率将提高2％一4％，白内障的患者将增加0.3％一O.6％。一些初步的证据表明，人体暴露于紫外线辐射强度增加的环境中，会使各种肤色的人的免疫系统受到抑制。

    破坏水体生态系统  对农作物的研究表明，过量的紫外线辐射会使植物的生长和光合作用受到抑制，导致农作物减产。紫外线辐射也使处于食物链底层的浮游生物的生产力下降，从而损害整个水体生态系统。有报告指出，由于臭氧层空洞的出现，南极海域的藻类生长已受到很大影响。紫外线辐射还可能导致某些生物物种的突变。

    引起新的环境问题  过量的紫外线照射能使塑料等高分子材料更加容易老化和分解，带来光化学大气污染。

    3.生物多样性减少

    生物多样性及其价值。生物多样性是一个地区内生物个体、种群和生态系统多样性的总和。基因或遗传多样性是指种内基因的变化，包括同种的显著不同的种群(如水稻的不同品种)和同一种群内的个体遗传变异。物种多样性是指一个地区内物种的变化。生态系统多样性是指群落和生态系统的变化。目前，国际上讨论最多的是物种的多样性。科学家估计地球上约有l 400万种物种，其中已有170万种经过科学描述。对研究较多的生物类群来说，从极地到赤道，物种的丰富程度呈增加趋势。其中热带雨林几乎包含了世界一半以上的物种。

表2-9列出了生物多样性的多种多样的价值，其潜在的价值更是难以估量。从长远看，它对人类的最大价值在于它为人类提供适应区域和全球环境变化的各种机会。

    从当前来看，人类从野生的和驯化的生物物种中，得到了几乎全部食物、许多药物和工业原料与产品。就食物而言，据统计，地球上有7万～8万种植物可以食用，其中可供大规模栽培的约有150多种，迄今被人类广泛利用的只有20多种，占世界粮食总产量的9O％。已驯化的动植物物种基本上构成了世界农业生产的基础。主要以野生物种为基础的渔业，1989年向全世界提供了1亿吨食物。实际上，野生物种在全世界大部分地区仍是人们食物来源的重要组成部分。

    就药物而言，近代化学制药业产生前，差不多所有的药品都来自动、植物，至今直接以生物为原料的药物仍保持着极其重要的地位。在发展中国家，以动、植物为主的传统医药仍然是80％的人口维持基本健康的基础。至于现代药品，在美国，所有处方中工／4的药品含有取自植物的有效成分，超过3 000种抗生素都源于微生物。美国2。种最畅销的药品中，都含有从植物、微生物和动物中提取的化合物。

    就工业生产而言，纤维、木材、橡胶、造纸原料、天然淀粉、油脂等来自生物的产品仍然是极其重要的工业原料。生物资源同样构成娱乐和旅游业的重要支柱。

    在单个作物和牲畜种内发现的遗传多样性，同样具有重要价值。在作物、牲畜与其害虫和疾病之间持续进行的斗争中，遗传多样性提供了维持物种活力的基础。目前，生物育种学家已经培育出许多优良的品种，但还需要不断在野生物种中寻找基因，用于改良和培育新的品种，提高和恢复其活力。杂交育种者和农场主都在依靠作物和牲畜的多样性，增加产量和适应不断变化的环境。从1930年到1980年，美国近1／2的农业收入应归功于植物杂交育种。遗传工程学将进一步增加遗传多样性，创造提高农业生产力的机会。

生物多样性减少有多种原因。据专家们检测，从恐龙灭绝以来，当前地球上生物多样性损失的速度比历史上任何时候都快。在1600—1950年，已知的鸟类和哺乳动物的灭绝速度增加了4倍，约有113种鸟类和83种哺乳动物已经消失。在1850—1950年，鸟类和哺乳动物平均每年灭绝工种。20世纪9O年代初，联合国环境规划署首次评估生物多样性的结论是：在可以预见的未来，5％～2O％的动、植物种群可能受到灭绝的威胁(表2-10)。

    从生态系统类型看，最大规模的物种灭绝发生在热带雨林，其中包括许多人们尚未调查和命名的物种。热带雨林占地球物种的5O％以上。据科学家预测，按照每年砍伐森林1700万公顷的速度，在今后3O年内，物种极其丰富的热带雨林可能要毁在当代人手里，5％—10％的热带雨林物种可能面临灭绝。

    物种灭绝或濒临灭绝、生物多样性不断减少的主要原因，是人类各种活动造成的：

    ·大面积森林被采伐、火烧和开垦，草地过度放牧和垦殖，导致生态环境的大量丧失，保留下来的也是支离破碎，对野生物种造成毁灭性影响；

    ·大面积的湿地消失，使许多种类的生物失去栖息地；

    ·对动物捕猎和植物的采集等过度活动，使野生物种难以正常繁衍；

·工业化和城市化的发展，占用了大面积的土地，破坏了大量天然植被，并造成环境污染；

· 外来物种的大量引入或侵入，影响、改变了原有的生态系统，使原生物种受到严重威胁；

    ·无节制的旅游，使一些尚未受到人类影响的自然生态系统遭到破坏；

    ·土壤、水和空气污染，既危害了森林，又对相对封闭的水生生态系统带来毁灭性影响；

  ·全球变暖，导致气候形态在比较短的时间内发生较大变化，使自然生态系统难以适应，可能会改变生物群落的边界。

  尤其严重的是，各种破坏和干扰累积起来，会对生物物种造成更为严重的影响(表2一11)。

4.酸雨问题凸显.  
    酸雨问题首先出现在欧洲和北美洲，近期又出现在亚太和拉丁美洲的部分地区。欧洲和北美开始采取防止酸雨跨界污染的国际行动。在东亚地区，酸雨的跨界污染已成为一个敏感的外交问题。   

    (1)酸雨及其分布。酸雨通常指pH低于5.6的降水，但现在泛指酸性物质以湿沉降或干沉降的形式从大气转移到地面上.湿沉降是指酸性物质以雨、雪形式降落地面，干沉降是指酸性颗粒物以重力沉降、微粒碰撞和气体吸附等形式由大气转移到地面。

    欧洲是世界上一大酸雨区。主要排放源来自西北欧和中欧的一些国家。这些国家排出的二氧化硫，相当一部分传输到了其他国家。受影响最重的是工业化和人口密集的地区，即从波兰、捷克经比利时、荷兰、卢森堡三国到英国和北欧，其酸性沉降负荷高于欧洲极限负荷值的6O％，其中中欧部分地区超过生态系统的极限承载水平。

    美国和加拿大东部也是一大酸雨区。美国是世界上能源消费量最多的国家，消费了全世界近1／4的能源，每年燃烧矿物燃料排出的二氧化硫和氮氧化物也占世界各国首位。从美国中西部和加拿大中部工业心脏地带污染源排放的污染物，定期落在美国东北部和加拿大东南部的农村及开发相对较少或较为原始的地区，其中加拿大1／2的酸雨来自美国。

    亚洲是二氧化硫排放量增长较快的地区，主要集中在东亚，其中中国南方是酸雨最严重的地区，成为世界上又一大酸雨区。

    (2)酸雨的成因——二氧化硫和氮氧化物排放。大气中的硫和氮的氧化物有自然和人为两个来源。二氧化硫的自然来源包括微生物活动和火山活动，含盐的海水飞沫也增加大气中的硫。自然排放大约占大气中全部二氧化硫的1／2，但是按照自然循环过程，自然排放的硫基本上是平衡的。人为排放的硫大部分来自贮存在煤炭、石油、天然气等化石燃料中的硫，在燃烧时以二氧化硫形态释放出来，其他一部分来自金属冶炼和硫酸生产过程。随着化石燃料消费量的增长，人为排放的二氧化硫在不断增加，其排放源主要分布在北半球，产生了全部人为排放的二氧化硫的90％。天然和人为来源排放了几乎同样多的氮氧化物。天然来源主要包括闪电、林火、火山活动和土壤中的微生物，广泛分布在全球，对某一地区的浓度不发生什么影响。人为排放的氮氧化物主要集中在北半球人口密集的地区，而机动车排放和电站燃烧化石燃料约占氮氧化物人为排放量的75％。

    欧美一些国家是世界上排放二氧化硫和氮氧化物最多的国家(表2一12)。但近些年来亚太地区经济的快速增长和能源消费量的迅速增加，使这一地区的国家、特别是中国成为排放大国之一。

    (3)酸雨的危害，主要表现在：

    损害生物和自然生态系统  酸雨降落到地面后得不到中和，可使土壤、湖泊、河流酸化。湖水或河水的pH降到5以下时，鱼的繁殖和发育会受到严重影响。土壤和底泥中的金属可被溶解到水中，毒害鱼类。水体酸化还可能改变水生生态系统。

    导致土壤贫瘠化  酸雨抑制土壤中有机物的分解和氮的固定，淋洗土壤中钙、镁、钾等营养因素，使土壤贫瘠化。酸雨损害植物的新生叶芽，影响其生长发育，并造成森林生态系统退化。

    腐蚀建筑材料及金属结构  酸雨腐蚀建筑材料、金属结构、油漆等。一些以大理石和石灰石为材料的历史建筑物和艺术品，耐酸性差，容易受酸雨腐蚀、引起变色。

欧洲地区土壤缓冲酸性物质的能力弱，酸雨危害的范围比较大。全欧洲30％的林区因酸雨影响而退化。在北欧，由于土壤自然酸度高，水体和土壤酸化都特别严重。据报道，1980年前后，欧洲以德国为中心，森林受害面积迅速扩大，树木出现早枯和生长衰退现象。加拿大和美国的许多湖泊和河流也遭受着酸化危害。美国国家地表水调查数据显示，酸雨造成75％的湖泊和大约一半的河流酸化。加拿大政府估计，加拿大43％的土地(主要在东部)对酸雨高度敏感，有工4 000个湖泊是酸性的。湖泊酸化会导致鱼：类灭绝。

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