第六章全球變化及其對生物的影響

1、第六章 全球變化及其對生物的影響第一節(jié) 全球變化及其研究進(jìn)展一、概念 指由大氣圈、水圈、生物圈和巖石圈組成的地球環(huán)境系統(tǒng)發(fā)生了異常變化，對人類和生物的生存產(chǎn)生不良影響的環(huán)境變遷。二、內(nèi)容 1、全球氣候變化及其效應(yīng)：主要強(qiáng)調(diào)人類活動對氣候的影響及其效應(yīng)。 2、全球污染擴(kuò)散及其效應(yīng)：主要強(qiáng)調(diào)污染物的擴(kuò)散及其對生物的毒害效應(yīng)。第二節(jié) 溫室效應(yīng)及其對生物的影響一、概念green-house effect：1、自然溫室效應(yīng)：大氣層中的二氧化碳等氣體物質(zhì)的大量聚集，可以吸收近地表的太陽長波輻射，并將其反射回地表，從而使地表增溫的現(xiàn)象。2、人為溫室效應(yīng)：由于化石燃料燃燒、森林砍伐和工業(yè)活動等人類活動改變了大

2、氣成分，破壞了自然溫室效應(yīng)的熱平衡，導(dǎo)致全球氣候急劇變暖，從而成為一個全球環(huán)境問題，稱人為溫室效應(yīng)。二 形成1、機(jī)理： 大氣層能透過太陽輻射的短波光，能反射和吸收從地面反射的長波光，阻擋地面的熱量向宇宙擴(kuò)散，從而使地表增溫的現(xiàn)象。全球變暖問題主要指人為活動造成的溫室氣體增加，溫室效應(yīng)增強(qiáng)帶來的氣候變化。人類活動對氣候變暖的影響主要表現(xiàn)為由于工業(yè)生產(chǎn)需要的化石燃料使用量大增，人口激增城市化發(fā)展等引起人為排放的二氧化碳等溫室氣體不斷增加；熱帶森林和溫帶植被破壞嚴(yán)重，光合作用吸收二氧化碳的能力減弱。溫室氣體：大氣層中的有些微量氣體，可以讓太陽短波輻射自由通過，同時吸收地面發(fā)出的長波輻射。當(dāng)它們在大氣

3、中的濃度增加時，就會加劇溫室效應(yīng)，引起地球表面和大氣層下沿溫度升高。這些氣體叫做溫室氣體。2、溫室氣體的種類1）二氧化碳：由于大量使用煤、石油、天然氣等石化燃料，全球的二氧化碳正以每年約六十億噸的量增加，是造成溫室效應(yīng)的主要?dú)怏w，對全球溫暖化的貢獻(xiàn)率達(dá)60%。近千年來大氣近千年來大氣COCO2 2濃度的變化濃度的變化3）氧化亞氮（ N2O）：由燃燒石化燃料、微生物及化學(xué)肥料分解所排放。主要來源于天然源，即土壤中的硝酸鹽經(jīng)細(xì)菌的脫氮作用而生成。貢獻(xiàn)率達(dá)5%。4）氯氟烴（氟里昂CFCs）：目前以 CFC-11， CFC-12，CFC-113 為主。使用于冷氣機(jī)、電冰箱的冷媒、電子零件清潔劑、發(fā)泡劑

4、，是造成溫室效應(yīng)的氣體。貢獻(xiàn)率達(dá)12%。一個氯氟烴分子的效應(yīng)比一個二氧化碳分子大5000-10000倍。過去過去10001000年大氣甲烷和年大氣甲烷和NN2 2OO濃度濃度的變化的變化甲烷甲烷氧化亞氮氧化亞氮三 環(huán)境效應(yīng)1、溫度升高，地球變暖1860年以來，全球地表年平均氣溫升高了0.3-0.6；根據(jù)跨政府氣候變化委員會預(yù)測，從1990到2100年，全球陸面氣溫將增加2；2、海平面上升如果全球變暖，溫度升高，海水膨脹，冰川融化，海平面上升，將使沿海低地淹沒3、影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 正面影響：CO2濃度的增加和氣候變暖，增加植物光合作用和作物的生產(chǎn)力，延長生產(chǎn)季節(jié)，有利于產(chǎn)量提高。降水量增加，使世界可

5、耕作范圍增加 負(fù)面效應(yīng)：中低緯內(nèi)陸地區(qū)干旱加劇，農(nóng)業(yè)將減產(chǎn)1961-1990年均值年均值10年滑動平均年滑動平均紅柱紅柱年平均，據(jù)器測數(shù)據(jù)；年平均，據(jù)器測數(shù)據(jù)；黑線黑線1010年滑動平均；年滑動平均；黑色區(qū)間線黑色區(qū)間線95%95%的置信區(qū)間；的置信區(qū)間； 2020世紀(jì)內(nèi)地球表面平均溫度上升了世紀(jì)內(nèi)地球表面平均溫度上升了0.6 0.6 0.20.2o oC C 在北半球，在北半球，2020世紀(jì)世紀(jì)9090年代很可能是有器測記錄（年代很可能是有器測記錄（18611861）以來最熱的年）以來最熱的年代，代，19981998年是有器測記錄以來最熱的一年；年是有器測記錄以來最熱的一年； 2020世紀(jì)內(nèi)

6、兩次增溫期最為明顯：世紀(jì)內(nèi)兩次增溫期最為明顯：1910-19451910-1945，1976-20001976-2000。過去過去140年地球表面氣溫的變化年地球表面氣溫的變化結(jié)結(jié)論論 就增溫的速度和持續(xù)時間而言，就增溫的速度和持續(xù)時間而言，2020世紀(jì)很可能是過去世紀(jì)很可能是過去10001000年中最強(qiáng)烈的世紀(jì)；年中最強(qiáng)烈的世紀(jì)； 9090年代可能是過去年代可能是過去10001000年中最熱的年代。年中最熱的年代。 千年來地球表面氣千年來地球表面氣溫的變化（北半球）溫的變化（北半球）紅線：年平均，據(jù)器測數(shù)據(jù)紅線：年平均，據(jù)器測數(shù)據(jù)蘭線：年平均，據(jù)樹輪、珊蘭線：年平均，據(jù)樹輪、珊瑚、冰芯、歷史

7、文獻(xiàn)瑚、冰芯、歷史文獻(xiàn)黑線：黑線：5050年滑動平均年滑動平均灰線：灰線：95%95%的置信區(qū)間的置信區(qū)間橫軸：橫軸：1961-19901961-1990年的均值年的均值結(jié)論（北半球）：結(jié)論（北半球）：4、生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生變化全球長期升溫，將導(dǎo)致由水熱條件控制的自然地帶向極地或偏高地區(qū)轉(zhuǎn)移，改變地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)。5、加劇洪澇、干旱及其它氣象災(zāi)害 可能帶來頻繁的氣象災(zāi)害，部分地區(qū)降水過多，大范圍干旱和持續(xù)高溫將帶來大規(guī)模災(zāi)害。 6、影響人類健康 極熱天氣頻率增加，心血管和呼吸道疾病增加。v框架公約是世界上第一個為全面控制二氧化碳等溫室氣體排放，應(yīng)對全球氣候變暖給人類經(jīng)濟(jì)和社會帶來不利影響的國際公約，也

8、是國際社會在應(yīng)對全球氣候變化問題上進(jìn)行國際合作的一個基本框架。v此公約要求：到2000年發(fā)達(dá)國家把二氧化碳的排放量降回到1990年的水平，并向發(fā)展中國家提供資金和技術(shù)，以幫助發(fā)展中國家減少二氧化碳的排放量。v據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前已有190多個國家批準(zhǔn)了公約 我們拿什么來援救全球的氣候？19921992年年6 6月各國政府通過了月各國政府通過了聯(lián)合國氣候變化框架公約聯(lián)合國氣候變化框架公約（UNFCCCUNFCCC）京都議定書明確規(guī)定，發(fā)達(dá)國家應(yīng)在2008年2012年間，使其溫室氣體的排放在1990年的基線上削減5.2，其中美國削減7，歐盟各國8。限排的溫室氣體包括二氧化碳、甲烷、氧化亞氮、氫氟碳化物、全

9、氟化碳和六氟化硫等 京都議定書需要占1990年全球溫室氣體排放量55以上的至少55個國家和地區(qū)批準(zhǔn)之后，才能成為具有法律約束力的國際公約。19971997年通過了年通過了京都議定書京都議定書中國于年月簽署并于年月核準(zhǔn)了該議定書。歐盟及其成員國于年月日正式批準(zhǔn)了京都議定書。目前已有多個國家批準(zhǔn)加入了該議定書。年月，澳大利亞簽署京都議定書，至此世界主要工業(yè)發(fā)達(dá)國家中只有美國沒有簽署京都議定書。年月日，京都議定書正式生效。這是人類歷史上首次以法規(guī)的形式限制溫室氣體排放。 第三節(jié) 臭氧層衰減及其對生物的影響（一）大氣層的結(jié)構(gòu) 對流層 平流層：90%的臭氧 中間層 熱層 逸散層在離地面1525千米的大氣

10、平流層中，集中了大氣中約90的臭氧，這一層大氣層稱為臭氧層。臭氧由三個氧原子組成，而且非常稀少；1千萬個大氣分子中只有三個臭氧分子。（二）變化的趨勢臭氧層破壞南極臭氧層空洞Ozone Hole 80年代觀測發(fā)現(xiàn)，自每年9月份下旬開始，南極洲上空的臭氧總量迅速減少一半左右，極地上空臭氧層的中心地帶，近90臭氧被破壞，若從地面向上觀測，高空臭氧層已極其稀薄，與周圍相比象是形成了一個直徑上千公里的洞，稱為“臭氧洞”。南極上空臭氧層變化看看地球臭氧層空洞美國航空航天局用衛(wèi)星測繪出的南極臭氧層空洞，左圖是2001年臭氧層空洞圖像，雖然只有一個，但其面積比北美洲還大。右圖是2002年圖像，科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)臭

11、氧層空洞居然一分為二。（三）臭氧層的破壞1、自然原因： 太陽黑子爆炸時發(fā)出許多帶電質(zhì)子，轟擊地球上層大氣，對臭氧層破壞；另外，南極上空的上升氣流把臭氧含量較高的中層大氣輸送到上層，從而降低了那里的含量。2、人為原因： 冷凍劑、消毒劑、發(fā)泡劑和滅火劑等化學(xué)制品在使用時排放的氯氟烴使臭氧變成純氧從而破壞臭氧層。最典型的是氯氟碳化合物即氟里昂（CFCs）和含溴化合物哈龍（Halons），證實(shí)氯和溴在平流層通過催化化學(xué)過程破壞臭氧是造成南極臭氧洞的根本原因 。 Cl+O3ClO+O2 ClO+OCl+O2一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

12、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(xié)同作用，即二者同時存在時，破壞臭氧的能力要大于二者簡單的加和。（四）臭氧層減薄與地表紫外輻射增強(qiáng) UV-A（320-400nm）：不能被吸收，也不造成危害 UV-B（280-320nm）：對人和生物的危害最嚴(yán)重 UV-C（200-280nm）：被極少量的臭氧吸收，不會到達(dá)地表1、臭氧層的作用 臭氧層可以吸收太陽紫外輻射中對生物最有害的波長。UV-B（280-320nm） 臭氧可以吸收太陽輻射，可以加熱大氣層。2、地表紫外輻射增強(qiáng) 引起具有生物學(xué)效應(yīng)的UV-B輻射增強(qiáng)（五）紫外輻射增強(qiáng)對生物的影響1、對人體健康的影響：引發(fā)和加劇眼部

13、疾病、皮膚癌和傳染性疾病 2、對陸生植物的影響：過量的紫外輻射可使農(nóng)作物如大豆、玉米、棉花、甜菜等的葉片受損，抑制其光合作用，導(dǎo)致減產(chǎn)，還能改變細(xì)胞內(nèi)的遺傳基因和再生能力，使農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量劣化。3、對水生生物的影響： 浮游植物生產(chǎn)力下降與臭氧減少造成的UV-B輻射增加直接有關(guān)。浮游生物種類和數(shù)量的減少會影響魚類和貝類生物的產(chǎn)量。 UV-B輻射對魚、蝦、蟹、兩棲動物和其他動物的早期發(fā)育階段都有危害作用。最嚴(yán)重的影響是導(dǎo)致其繁殖力下降和幼體發(fā)育不全 第四節(jié) 酸雨及其對生物的影響1234556.57 8.591011 121314酸性電解液檸檬汁醋酸酸雨雨正常雨水蒸餾水蘇打水氨水堿性電解1、定義：pH值

14、小于5.6的降水。廣義的酸雨（酸沉降）包括 干沉降：干沉降包括各種酸性氣體、酸性氣溶膠和酸性顆粒物。 濕沉降即通常所說的酸雨。包括酸性雨、酸性霧、酸性露、酸性雪和酸性霜。北美死湖事件 美國東北部和加拿大東南部是西半球工業(yè)最發(fā)達(dá)的地區(qū)，每年向大氣中排放二氧化硫2500多萬噸。其中約有380萬噸由美國飄到加拿大，100多萬噸由加拿大飄到美國。七十年代開始，這些地區(qū)出現(xiàn)了大面積酸雨區(qū)。美國受酸雨影響的水域達(dá)3.6萬平方公里，23個州的17059個湖泊有9400個酸化變質(zhì)。最強(qiáng)的酸性雨降在弗吉尼亞洲，酸度值（pH）1.4。紐約州阿迪龍達(dá)克山區(qū)，1930年只有4的湖無魚，1975年近50的湖泊無魚，其中

15、200個是死湖，聽不見蛙聲，死一般寂靜。加拿大受酸雨影響的水域5.2萬平方公里，5000多個湖泊明顯酸化。多倫多1979年平均降水酸度值（pH）3.5，比藩茄汁還要酸，安大略省薩德伯里四周1500多個湖泊池塘漂浮死魚，湖濱樹木枯萎。 著名的酸雨污染事件酸雨率：一般把某地區(qū)的酸雨次數(shù)在降雨總次數(shù)中所占的比例稱為酸雨率 。酸雨區(qū)的劃分，共為5級標(biāo)準(zhǔn)。pH酸雨率非酸雨區(qū)高于5.6020輕酸雨區(qū)5.305.601040中度酸雨區(qū)5.005.303060較重酸雨區(qū)4.705.005080為重酸雨區(qū)小于4.7070100%我國其它酸雨區(qū)我國其它酸雨區(qū)：1、珠江三角洲及其北部、珠江三角洲及其北部2、杭州灣杭州灣2SO2+O22SO3催化劑催化劑2NO+O22NO23NO2+H2O2HNO3+NOSO3+H2OH2SO4SO2+H2OH2SO32H2SO3+O22H2SO4排入大氣中的酸性物質(zhì)被氧化后與雨滴作用，或在雨滴形成 過程中同時被吸收與氧化 雨滴降落過程中把酸性物質(zhì)一起沖刷下來是否形成酸雨，取決于降水中酸性物質(zhì)和堿性物質(zhì)的相對比例，而不是絕對濃度 我國酸雨特點(diǎn)酸雨的形成3、酸雨中的酸 硫酸和硝酸，占總酸量的90%以上4、我國酸雨的主要特點(diǎn) 頻率高、酸度大 有明顯的區(qū)域性：主要集中在長江以南、青藏高原以東的華中、西南和華東地區(qū) 硫酸型（煤煙型）酸雨：硝酸含量不到硫酸的1/10 我國酸雨特點(diǎn)