第四章-全球环境问题PPT推荐.ppt
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目前对N2O的天然源的研究还有很大的不确定性,但一般估计其大约为人为来源的2倍左右。
但是,由于N2O在大气中具有很长的化学寿命(大约120年),因此,N2O在温室效应中的作用同样引起人们广泛的关注。
氧化亚氮N2O,二、人类活动对气候变化的影响,氟里昂是一类含氟、氯烃化合物的总称。
其中最重要的物质是CFC-11(CFCl3)、CFC-12(CF2Cl2)。
一般认为这类化合物没有天然来源,大气中的氟里昂全部来自它们的生产过程。
这些物质被广泛地用于致冷剂、喷雾剂、溶剂清洗剂、起泡剂和烟丝膨胀剂等。
氟里昂的大气寿命很长,而且对红外辐射有显著的吸收。
因此,它们在温室效应中的作用不容忽视。
另外,由于科学研究证实氟里昂是破坏臭氧层的主要因素,目前全球正采取行动停止氟里昂的生产和使用,并逐步使用其替代物如HCFC-22(CHCl2F)。
大气监测表明,大气中氟里昂浓度的增长速度已经减缓,替代物的浓度正在不断上升。
然而许多替代物破坏臭氧层的能力虽然明显减小,但却具有显著的全球增温能力。
氟利昂及替代物,二、人类活动对气候变化的影响,全氟代甲烷(CF4和CF3CF3)是工业铝生产过程中的副产品,SF6是主要用于大型电器设备中的绝缘流体物质。
这些物质没有天然的来源,全部来源于人类的生产活动,而它们一旦进入大气就会在大气中积累起来,对地球的辐射平衡产生越来越严重的影响。
下图显示的是在一个环境监测本底站(CapeGrim)测得的SF6大气浓度的变化。
由图可见SF6的大气浓度水平是几乎直线上升的。
六氟化硫(SF6),二、人类活动对气候变化的影响,存在于对流层和平流层的臭氧都是重要的温室气体。
臭氧浓度的变化对太阳辐射和地球辐射均有影响。
一般认为,平流层臭氧浓度如果上升,平流层会由于臭氧的吸热增加而升温;
另一方面,其主要的作用是阻挡更多的太阳辐射到达地表,对地表又起降温作用;
而如果对流层的臭氧浓度增加,结果将导致温室效应的加强,是一个增温效果。
由于平流层和对流层的臭氧之间存在着相互影响,而且对流层臭氧浓度的变化与其前体物(如甲烷)也密切相关,造成间接的气候变化影响。
因此,臭氧的气候效应还有待于进一步研究。
臭氧(O3),三、全球气候变化及其可能造成的影响,气候变化一般包括气温、降水和海平面的变化。
研究表明,截止1995年的过去100年里,全球平均气温上升了0.20.5;
全球海平面上升了1025cm;
全球陆地降雨量增加了1%。
三、全球气候变化及其可能造成的影响,从1850年至2100年的时间范围内,IPCC设计了4种不同的方案,并模拟了该方案下全球温度的预期变化。
A方案是温室气体排放无控状态,即对目前的温室气体排放不加任何限制,所有的工业活动照常进行;
B方案中,目前大范围的毁林将被禁止,天然气被广泛地用于取代煤炭,并采取必要的节能措施;
C方案和D方案则分别设计了更为严格的控制措施,并不同程度地采用可再生能源(如太阳能、风能等)代替矿石燃料(煤、石油和天然气)。
从图中可以看到,情景A中,全球的平均气温每10年将升高0.20.5,到2100年全球地面的平均气温上升35。
对人体健康的影响,气候变化会导致极热天气频率的增加,使得由于心血管和呼吸道疾病的死亡率增高,尤其是对老人和儿童;
传染病(疟疾,脑膜炎等)的频率由于病原体(病菌、蚊子)的更广泛传播而增加。
白俄罗斯,8月7日,38.9戈梅利乌克兰,8月1日,41.3沃兹涅先斯克塞浦路斯,8月1日,46.6Lefconica芬兰,7月29日,37.2约恩苏卡塔尔,7月14日,50.4多哈机场俄罗斯7月11日,44.0亚什库利苏丹,6月25日,49.6敦古拉尼日尔,6月22日,47.1比尔马沙特阿拉伯6月22日,52.0吉达,2010年案例(部分国家),乍得,6月22日,47.6法亚科威特,6月15日,52.6阿卜代利伊拉克,6月14日,52.0巴士拉巴基斯坦5月26日,53.5摩亨佐-达罗缅甸,5月12日,47敏务哥伦比亚,1月24日,42.3,波多黎各萨尔加阿森松岛,3月25日,34.9,乔治城索罗门群岛,2月1日,36.1,拉塔恩德岛,1998年,2003年,2006年,2010年全球高温极值不断攀升,全球大部分地球的高温极值都出现在近15年里,60,30,0,30,60,全球陆地降水量发生显著变化,中高纬度增加,亚热带地区减少,热带地区稍有增加,1900-2000年全球降雨量变化趋势,温度的上升导致水体挥发和降雨量的增加,从而可能加剧全球旱涝灾害的频率和程度,并增加洪灾的机会。
对森林的影响森林树种的变迁可能跟不上气候变化的速率;
温度的上升还会增加森林病虫害和森林火灾的可能性。
三、全球气候变化及其可能造成的影响,岛国消失,冰川消融,海平面的上升会对经济相对发达的沿海地区产生重大影响。
据估计,在美国海平面上升50cm的经济损失为300400亿美元;
同时,海平面的上升还会造成大片海滩的损失。
三、全球气候变化及其可能造成的影响,冈比亚首都班珠尔,因气候变暖可能被淹没的国家或地区,海拔低,举国搬迁,新西兰,渔业损失,农业损失扩大、粮食产量下降,地下水位下降、气温升高,粮食产量下降,美研究人员警告:
全球气候升温将致全球农业减产,或许在下个世纪出现食品匮乏的局面,一、臭氧层,离地面约1015km至50km的高度之间的大气层称为平流层。
平流层中最重要的化学组分就是臭氧,它保存了大气中90的臭氧,我们将这一层高浓度的臭氧称为“臭氧层”。
第二节臭氧层损耗,一、臭氧层,Chapman认为,来自太阳的高能紫外辐射可使高空中的氧气分子分解为两个氧原子,其化学反应可以表示为:
O2+h(240nm)O+OO2+OO32O3+h3O2实际上,除了Chapman提出的臭氧去除反应外,平流层臭氧更重要的去除途径是催化反应机制:
Y+O3YO+O2YO+OY+O2其净结果是:
O3+O2O2,一、臭氧层,通过以上的臭氧生成及消耗反应过程,臭氧和氧气之间达到动态的化学平衡,大气中形成了一个较为稳定的臭氧层,这个臭氧层的高度大约在距离地球表面1525km处。
生成的臭氧对太阳的紫外辐射有很强的吸收作用,有效地阻挡了对地表生物有伤害作用的短波紫外线。
因此,实际上可以说,直到臭氧层形成之后,生命才有可能在地球上生存、延续和发展,臭氧层是地表生物的“保护伞”。
二、臭氧层损耗,如果在摄氏零度的温度下,沿着垂直于地表的方向将大气中的臭氧全部压缩到一个标准大气压,那么臭氧层的总厚度只有3mm左右。
这种用从地面到高空垂直柱中臭氧的总层厚来反映大气中臭氧含量的方法叫做柱浓度法,采用多布森单位(Dobsonunit,简称DU)来表示,正常大气中臭氧的柱浓度约为300DU.。
二、臭氧层损耗,许多科学家很早就开展了对平流层中臭氧的来源与去除过程的研究。
1985年,英国科学家Farmen等人总结他们在南极哈雷湾观测站(HalleyBay)自1975年的观测结果,发现从1975年以来,那里每年早春(南极10月份)总臭氧浓度的减少超过30,如此惊人的臭氧减弱引起了全世界极大的震动。
二、臭氧层损耗,进一步的测量表明,在过去1015年间,每到春天南极上空的平流层臭氧都会发生急剧的大规模的耗损,极地上空臭氧层的中心地带,近95的臭氧被破坏。
从地面向上观测,高空的臭氧层已极其稀薄,与周围相比象是形成了一个“洞”,直径上千公里,“臭氧洞”就是因此而得名的。
人工合成的一些含氯和含溴的物质是造成南极臭氧洞的元凶,最典型的是氟氯碳化合物即氟里昂(CFCs)和含溴化合物哈龙(Halons)。
三、造成臭氧层损耗的原因,在平流层内,强烈的紫外线照射使CFCs和Halons分子发生解离,释放出高活性原子态的氯和溴,氯和溴原子也是自由基。
氯原子自由基和溴原子自由基就是破坏臭氧层的主要物质,它们对臭氧的破坏是以催化的方式进行的:
Cl+O3ClO+O2ClO+OCl+O2,三、造成臭氧层损耗的原因,当CFCs和Halons进入平流层后,通常是以化学惰性的形态(ClONO2和HCl)而存在,并无原子态的活性氯和溴的释放。
但南极冬天的极低温度造成两种非常重要的过程,一是极地的空气受冷下沉,形成一个强烈的西向环流,称为“极地涡旋”(polarvortex)。
该涡旋的重要作用是使南极空气与大气的其余部分隔离,从而使涡旋内部的大气成为一个巨大的反应器。
另外,尽管南极空气十分干燥,极低的温度使该地区仍有成云过程,云滴的主要成分是三水合硝酸(HNO33H2O)和冰晶,称为极地平流层云(polarstratosphericclouds)。
三、造成臭氧层损耗的原因,南极的科学考察和实验室研究都证明,ClONO2和HCl在平流层云表面会发生以下化学反应:
ClONO2+HClCl2+HNO3ClON2+H2OHOCl+HNO3生成的HNO3被保留在云滴中。
当云滴成长到一定的程度后将会沉降到对流层,与此同时也使HNO3从平流层去除,其结果是Cl2和HOCl等组分的不断积累。
三、造成臭氧层损耗的原因,Cl2和HOCl是在紫外线照射下极易光解的分子,但在冬天南极的紫外光极少,Cl2和HOCl的光解机会很小。
当春天来临时,Cl2和HOCl开始发生大量的光解,产生前述的均相催化过程所需的大量原子氯,以致造成严重的臭氧损耗。
氯原子的催化过程可以解释所观测到的南极臭氧破坏的约70,氯原子和溴原子的协同机制可以解释大约20。
当更多的太阳光到达南极后,南极地区的温度上升,气象条件发生变化,南极涡旋逐渐消失,南极地区臭氧浓度极低的空气传输到地球的其他高纬度和中纬度地区,造成全球范围的臭氧浓度下降。
三、造成臭氧层损耗的原因,为了评估各种臭氧层损耗物质对全球臭氧破坏的相对能力,可以采用“臭氧损耗潜势”(ozonedepletionpotential,ODP)的参数。
臭氧损耗潜势是指在某种物质的大气寿命期间内,该物质造成的全球臭氧损失相对于相同质量的CFC-11排放所造成的臭氧损失的比值。
在大气化学模式计算中,某物质X的ODP值可以表示为:
三、造成臭氧层损耗的原因,三、造成臭氧层损耗的原因,臭氧损耗物质的ODP值,
(1)对人体健康的影响
(2)对陆生植物的影响(3)对水生生态系统的影响(4)对生物化学循环的影响(5)对材料的影响(6)对对流层大气组成及空气质量的影响,四、臭氧层损耗的后果,第三节生物多样性锐减,第三节生物多样性锐减,一、生物多样性和生物资源生物多样性是指地球上所有生物动物、植物和微生物及其所构成的综合体。
生物多样性通常包括3个层次:
生态系统多样性、物种多样性和遗传多样性。
第三节生物多样性锐减,生态系统多样性是指生物群落和生境类型的多样性。
生态系统的主要功能是物质交换和能量流动,它是维持系统内生物生存与演替的前提条件。
保护生态系统多样性就是维持了系统中能量和物质流动的合理过程,保证了物种的正常发育和生存,从而保持了物种在自然条件下的生存能力和种内的遗传变异度。
因此,生态系统多样性是物种多样性和遗传多样性的前提和基础。
第三节生物多样性锐减,物种多样性是指动物、植物、微生物物种的丰富性。
物种是组成生物界的基本单位,是自然系统中处于相对稳定的基本组成成分。
一个物种是由许许多多种群组成,不同的种群显示了不同的遗传类型和丰富的遗传变异。
对于某个地区而言,物种数多,则多样性高,物种数少,则多样性低。
自然生态系统中的物种多样性在很大程度上可以反映出生态系统的现状和发展趋势。
通常,健康的生态系统往往物种多样性较高,退化的生态系统则物种多样性降低。
物种多样性所构成的经济物种是农、林、牧、副、渔各业所经营的主要对象。
它为人类生活提供必要的粮食、医药,特别是随着高新技术的发展,许多生物的医用价值将不断被开发和利用。
第三节生物多样性锐减,遗传多样性:
指存在于生物个体内、单个物种内以及物种之间的基因多样性。
物种的遗传组成决定着它的性状特征,其性状特征的多样性是遗传多样性的外在表现。
通常所谓的“一母生九子,九子各异”,指的是同种个体间外部性状的不同,所反映的是内部基因多样性。
任何一个特定的个体和物种都保持有大量的遗传类型,可以被看作单独基因库。
基因多样性包括分子水平、细胞水平、器官水平和个体水平上的遗传多样性。
其表现形式是在分子、细胞和个体3个水平上的性状差异,即遗传变异度。
遗传变异度是基因多样性的外在表现。
基因多样性是物种对不同环境适应与品种分化的基础。
遗传变异越丰富,物种对环境的适应能力越强,分化的品种、亚种也越多。
基因多样性是改良生物品质的源泉,具有十分重要的现实意义。
第三节生物多样性锐减,
(二)生物资源生物资源是指对人类有直接、间接和潜在用途的生物多样性组分,包括生物的遗传资源、物种资源、生态系统的服务功能资源等。
生物资源属于可更新资源,在一定的环境条件下,具有一定的可更新速率。
作为可更新资源,似乎是无限的,永远存在的。
然而,在时间、空间范围和环境条件一定的情况下,可更新速率是有限的。
因此,生物资源也是有限的。
如果过度开发,开发速率超过可更新速率,那么可更新资源就会转变成不可更新资源,造成资源枯竭。
第三节生物多样性锐减,
(二)生物资源生物资源,尤其是生态系统的服务功能资源,是一种公共资源,具有很强的自然属性,不具有市场贸易属性和交换的经济价值。
因此,长期以来,被人们认为是公共的、免费的资源。
在人口数量增长、科技发达、对生态环境破坏日益严重的情况下,生物资源的经济价值和对社会经济的约束力日益明显。
人们对生物资源的观念开始转变,开始以可持续发展的观念进行生物资源的管理,并在这一过程中,出现生态经济学。
第三节生物多样性锐减,生物资源的价值人们已经意识到生物多样性及其组成成分的内在价值,包括在生态、社会、经济、科学、教育、文化、娱乐和美学等领域的价值,而且生物多样性对于人类社会经济的发展具有历史的、现实的和未来的价值。
下面仅非常扼要地介绍两方面的价值。
(1)生物多样性是人类赖以生存的生命支持系统:
地球上的生物多样性以及由此而形成的生物资源构成了人类赖以生存的生命支持系统。
人类社会从远古发展至今,无论是狩猎、游牧、农耕,还是集约化经营都建立在生物多样性基础之上。
随着社会的进步和经济的发展,人类不仅不能摆脱对生物多样性的依赖,而且在食物、医药等方面更加依赖对于生物资源的高层次开发。
第三节生物多样性锐减,
(2)生态系统提供了极其重要的“生态服务”功能:
生态系统的“生态服务”功能指的是生物在生长发育过程中,以及生态系统在发展变化过程中为人类提供的一种持续、稳定、高效舒适的服务功能。
例如,维护自然界的氧-碳平衡,提供氧气;
净化环境,提供清洁的空气和饮用水;
为人类提供优美的生态环境和休息娱乐场所;
可以涵养水源,防止水土流失;
可以降解有毒有害污染物质等。
第三节生物多样性锐减,(三)生物多样性资源经济价值及其评估生物多样性具有巨大的社会经济价值。
生物多样性经济价值的评估能够为公众提供一个共同的生物多样性的经济价值观及评价尺度。
1经济价值分析生物多样性的经济价值主要包括直接使用价值、间接使用价值和潜在使用价值。
第三节生物多样性锐减,直接使用价值包括林业、农业(种植业和野生植物)、畜牧业、渔业、医药业和部分工业等产品和加工品的直接使用价值,还包括生物资源的旅游观赏价值、科学文化价值、畜力使用价值等。
直接经济价值即资源产品或简单加工品所获得的市场价值,或在缺乏市场定价情况下以替代花费的大小来衡量。
间接使用价值主要体现在生态系统的结构和功能、演化、物质和遗传资源、生态服务功能等方面,可以采用一系列经济评估的方法进行概括性分析,但由于生物多样性的自然属性与市场、商品的社会属性距离甚远,存在一系列不确定性。
潜在使用价值包括野生动植物在将来有用的选择价值和在伦理学上的存在价值。
第三节生物多样性锐减,2综合评估与初步结论“中国生物多样性国情研究报告”(1998)报导了中国陆地生物多样性经济价值的初步评估结果(表7-4)。
从表7-4中可以看出生物多样性具有直接使用价值、间接使用价值和潜在使用价值,其社会经济价值巨大;
生物多样性的间接经济价值远远大于直接经济价值。
第三节生物多样性锐减,二、生物多样性锐减
(一)全球生物多样性丰度1全球生物圈的物种丰度经过鉴定,用双命名法命名、记录的生物物种大约有170万种,其中6的物种生活在寒带或极地地区,59在温带,在热带生活的物种占35(见表7-5)。
然而至今对全世界的物种,特别是热带物种还不完全了解,如果把尚未了解的物种也估计在内,那么在全球的物种丰度至少增加86,全球物种估计值在5001000万种之间。
第三节生物多样性锐减,目前,已有的物种保护方案都集中在大型脊椎动物和特殊的有价值的植物上,而昆虫常常被忽视。
然而,昆虫及无脊椎动物的物种丰度以其自己的功能表明它们在生态学上是重要的。
原因是:
昆虫是热带小型肉食性动物的主要食物;
昆虫是种子的捕食者,因而它影响了森林中物种组成;
昆虫是花粉传递者,常与特异植物种有特殊关系;
昆虫对热带生态系统结构与功能有明显的影响。
第三节生物多样性锐减,2中国生物多样性丰度中国地域辽阔,地貌类型丰富,具有北半球所有的生态系统类型,形成了复杂的生物区系构成,从而使中国成为世界上生物多样性最丰富的8个国家之一。
中国生物资源无论在种类上还是在数量上在世界上都占有相当重要的地位。
例如,在植物种类数目上,中国约有30000种,仅次于马来西亚(约45000种)和巴西(约有40000种),居世界第三位。
中国是世界上野生动物资源最丰富的国家之一,有许多特有的珍稀种类。
例如,全世界鹤类有15种,中国有9种;
在欧美一些国家完全没有灵长类动物,中国有17种。
全球海洋生物可以分为40多门,中国海几乎每门生物都有,在物种数量方面所占比例很大。
第三节生物多样性锐减,中国农业历史悠久,栽培作物、果树、经济作物均在世界上占据重要地位,是世界上八个作物起源地中心之一。
世界上栽培作物有1200种,其中200种起源于中国。
中国水稻品种繁多,遗传多样性十分丰富,栽种面积占世界第二位。
此外,中国还拥有大量的特有物种和自然历史遗子物种。
例如,大熊猫、白暨豚、水杉、银杉等。
表7-7为中国特有种属与世界已知种属的比较。
第三节生物多样性锐减,
(二)全球生物多样性锐减1生态系统多样性的锐减生态系统多样性的锐减主要是各类生态系统的数量减少、面积缩小和健康状况的下降。
在我国主要生态系统表现为森林生态系统、草原生态系统、荒漠生态系统、西藏高原高寒区生态系统、湿地生态系统、内陆水域生态系统、海岸生态系统、海洋生态系统、农区生态系统和城市生态系统等。
各种生态系统均受到不同程度的威胁。
第三节生物多样性锐减,
(1)栖息地的改变和生物多样性的丢失:
生物生态系统多样性的主要威胁是野生动植物栖息地的改变和丢失,这一过程与人类社会的发展密切相关。
在整个人类的历史进程中,栖息地的改变经历了不同的速率和不同的空间尺度。
在中国、中东、欧洲和中美,栖息地的改变大约经历了1万年,改变过程较慢。
在北美,栖息地的改变较为迅速,从东到西横跨整个大陆的广大地区,栖息地的改变只经历400余年。
严格地说,热带栖息地的改变主要发生在20世纪后半叶。
目前,热带森林、温带森林和大平原以及沿海湿地正在大规模地转变成农业用地、私人住宅、大型商场和城市。
第三节生物多样性锐减,
(2)中国生态系统受到的威胁:
下面简述我国森林生态系统、荒漠生态系统和湿地生态系统多样性锐减的状况。
森林生态系统受到的威胁。
中国现有原生性森林已不多,它们主要集中在东北和西南的天然林区。
针叶林面积约占一半,阔叶林占47,针阔混交林占3。
中国现有森林面积13370km2,仅占世界森林面积的4,全国的森林覆盖率仅占13.92,与世界森林平均覆盖率26相比低一半。
近年来我国的森林覆盖率呈增长趋势,但主要是人工林在增长,而作为生物多样性资源宝库的天然林仍在减少,并且残存的天然林也处于退化状态。
中国公布的第一批珍稀濒危植物有388种,绝大多数属于森林野生种,它们的分布区在萎缩,种群数量在下降。
第三节生物多样性锐减,荒漠生态系统受到的威胁。
中国西北的荒漠生态系统的类型多样,并不像人们想象的那么单调。
据初步统计,沙质荒漠有8个生态系统,砾质-砂质荒漠有13个,石质-碎石质荒漠10个,黏土荒漠(盐漠)有7个,此外在荒漠河岸及其他隐域生境还有9个生态系统。
在广大的荒漠地区生活着许多特有的动、植物物种和特有的生物资源。
尽管在一般人心目中,荒漠地广人稀,受人为活动影响较小,然而那里的许多环境已经受到破坏,生物多样性在急剧缩小。
例如,由于破坏性的采掘,使珍贵药材甘草、麻黄、锁阳遭到破坏,野生资源急剧减少。
由于过度捕猎和栖息地的改变,原产准葛尔盆地的高鼻羚羊从50年代起就再也见不到了。
新疆虎是亚洲虎的一个独特亚种,仅分布在塔里木河下游的罗布泊一带,由于猎杀和栖息地的改变,早在20世纪初就已经灭绝了。
第三节生物多样性锐减,湿地生态系统受到的威胁。
湿地集土地资源、生物资源、水资源、矿产资源和旅游资源于一体。
在长期的人类活动影响下,湿地被不断的围垦、污染和淤积,面积日益缩小,
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