環(huán)境科學(xué)單位ppt課件

1、科學(xué)與科技科課程 環(huán)境科學(xué)單元主題：我們的地球資源環(huán)境科學(xué)課程香港中文大學(xué)目錄課題一地球資源的重要課題二野生動(dòng)物與自然生境課題三金屬資源課題四作為能源的石油課題五源自石油的有用物料塑膠地球資源分為:可再生資源- 迅速再生和更新，如太陽能和潮汐能潛在可再生資源-緩慢再生和更新，如肥沃土壤、植物和動(dòng)物不可再生資源儲(chǔ)備有限，不能在短期內(nèi)如一世紀(jì)再生，如化石燃料和金屬礦物人均可耕地潛在可再生資源百萬年前在海和湖的浮游動(dòng)植物的殘餘物千百年來一層層的沉澱物覆蓋其上厭氧細(xì)菌分解這些殘餘物，把它們轉(zhuǎn)化成碳?xì)浠衔锊豢稍偕Y源 - 石油從礦石中提取金屬碳還原法金屬氧化物和碳產(chǎn)生反應(yīng)而被還原成金屬高溫下200OC

2、碳可還原金屬氧化物，如氧化銅和氧化鋁高溫加熱2CuO(s) + C(s) 2Cu(s) + CO2 (g)氧化銅與碳在高溫加熱變成銅和二氧化碳 需更高溫才可還原活反應(yīng)性強(qiáng)的金屬如鉀和鈉氧化物 金屬資源正極離子 游離電子向各方向移動(dòng) 金屬結(jié)構(gòu)的簡圖 礦物是天然的無機(jī)元素 地殼成份不可再生資源Al recycling in HK1.Collect scrapped materials.2.Use heavy duty crushing machine to crush the materials3.Separate the damaged products to different categor

3、iessuch as steel, copper, aluminum, etc4.Melting them respectively5.Produces other products Waste metals, including aluminum.Disposal by pack up and crush. Suggested activity:Recycling industry in HKRecycle rates at Common Recyclable materials (%)支持一切生命石油和煤：能源非金屬物質(zhì)：用於建築，如大理石和石棉金屬物質(zhì)：營養(yǎng)素，如鉀無機(jī)營養(yǎng)物：身體安康，

4、如磷和鉀;營養(yǎng)素循環(huán)鑽石和其它寶石：珍貴的資源，通用貨幣重要的地球資源野生動(dòng)植物與自然生境礦物礦物營養(yǎng)素(養(yǎng)份)循環(huán)一切生物需求營養(yǎng)來維持生命、生長和繁衍營養(yǎng)是生命的根本單位，有機(jī)化合物，如糖、蛋白質(zhì)，及 無機(jī)元素，如氧、氮、磷、鈣和鉀營養(yǎng)可從大氣、水體、泥土、巖石及生物體之間再循環(huán)而結(jié)合，或由陽光間接得到元素循環(huán)：碳循環(huán) + 氮循環(huán)自然淨(jìng)化系統(tǒng)生物的碳：澱粉、葡萄糖、脂肪等方式環(huán)境的碳：石油和煤等; 大氣和水的碳：二氧化碳食物鏈/食物網(wǎng)蛇草和其他植物吃植物的昆蟲吃動(dòng)物的昆蟲蛙吃種子的鳥松鼠蜘蛛鷹及貓頭鷹吃昆蟲的鳥草原上的食物網(wǎng)食物鏈營養(yǎng)素循環(huán)生物：氮於混合物 (如: DNA,蛋白質(zhì))降解蛋白

5、質(zhì)釋放氨阿摩尼亞，進(jìn)而構(gòu)成亞硝酸鹽及硝酸鹽閃電和人工化學(xué)物如肥料產(chǎn)生硝酸鹽 大氣氮 78%氮營養(yǎng)緩慢循環(huán)Animation of the Nitrogen Cycle. Copyright 1998, Thomas M. Terry, The University of Conn. /terry/229sp02/lectures/Ncycleanim.html氮循環(huán)N2 in AIRNH3Organic MatterNO2-NO3-NO, NO2-N2OLEACHED TO SOIL & WATERNutrientNitrogen fixationNitrificati

6、on (aerobic)e.g. NitrobacterNitrification (aerobic)e.g. NitrosomonasDecompositionDenitrification (anaerobic)e.g. Pseudomonas, BacillusNutrientN is a limiting nutrient in most undisturbed natural system.Nitrogen fixation: Atmospheric Nitrogen to AmmoniaFree-living cyanobacteria and cyanobacterial ass

7、ociates of lichens.Bacteria form symbiosis with leguminous plants bearing root nodules, e.g. Rhizobium with acacias, peas, beans, clover, etc. N2 + 8H+ + 16ATP 2NH3 + H2 + 16ADP + 16PiNitrogenaseNitrogen fixation is an energy-expensive process. This may consume 20% of the total photosynthate. Root n

8、odules of CloverThe association of Azolla where cyanobacteria (Anabaena azollae) are harboured in the leaves, are important for nitrogen inputs in rice paddies, especially if the fern is allowed to grow and then ploughed into the soil to release nitrogen before the rice crop is sown. LichenSoybean a

9、nd Nitrogen FlowAtmosphericNitrogenSymbioticFixation (2/3)SoilNitrogenUptake (1/3)Amino AcidsProteinsSecondaryMetabolitesAnimal and HumanConsumptionFertilizersAmmonia is released from breakdown of nitrogenous wastes from fishes. Fish: a steady supply of ammonia.Ammonia is toxic. Nitrifying bacteria

10、in water and filter bed convert ammonia into nitrite or nitrate. The maximum long-term level of ammonia-N in mg/L (ppm) at a given temperature and pHRemedies for ammonia toxicity: A sequence of partial water changes to dilute ammonia to safer concentrations. Add chemicals (e.g. zeolite) to neutraliz

11、e ammonia. 建議學(xué)習(xí)活動(dòng)野生動(dòng)植物與自然生境全球環(huán)境和各種陸地群落區(qū)生物群落區(qū)溫度 (C)降雨量 (cm)典型植物凍土地帶-57 - 1610 - 50地衣、苔蘚針葉林-54 - 2135 - 200樺樹和白楊沙漠2 - 570 -25仙人掌溫帶樹林1. 落葉林2. 草原-30 3813 - 4075-15060 22525 - 90橡樹、 櫸樹和楓樹草熱帶雨林18 - 35125 - 1250物種多樣性高，如：蘭花和棕櫚Prioritization of genetic resources for screening purposes (Laird & Kate, 1999). R

12、esourcePriority ranking (no. of Companies)12345Plants12511Micro-organisms including Fungi1161Marine Organisms262Insects4Recent inventories of natural products (chemnetbase) contain 164,000 entries and, as 1996, approximately 30,000 bioactive natural products had been described:Bacteria, 33%; Fungi,

13、26%; Plants, 27%; and animal sources, 13% (Henkel et al., 1999). 7 classes of biogenic molecular skeletons: alkaloids, peptides and proteins, fatty acids, polyketides, shikimates and carbohydrates). Drug efficacy, supply or feasibility of chemical synthesis, and commercial production source. The mai

14、n drivers of biotechnology are economic (market pull), technological practicability, and public demand (and acceptance), each of which reflect the positions of the respective stakeholders (industry, government and society). 世界自然保育方案Word Conservation Strategy:建立環(huán)境的倫理概念使人類與其所依賴的自然世界獲得和諧。目標(biāo)：1認(rèn)識(shí)自然資源的價(jià)值以

15、及維持此自然資源的生態(tài)過程2認(rèn)識(shí)環(huán)境所受威脅與傷害3鼓勵(lì)改善環(huán)境。Suggested activity:Fieldtrip to Mai Po Marshes, Wetland ParkVirtual Fieldtrip to Tung Ping Chau生態(tài)服務(wù)支持生物多樣性和維持生態(tài)完好 . (空氣和水 .礦物資源)氣候控制養(yǎng)份循環(huán)泥土構(gòu)成和更新可再生能源資源 .不可再生能源資源 .潛在可再生資源 自然蟲害和疾病控制 . 移除污染物廢物和自然淨(jìng)化系統(tǒng)生態(tài)旅游審美和娛樂方面的重要美麗景觀的組成部分，為人們提供娛樂生態(tài)旅游 - 其中一個(gè)經(jīng)濟(jì)收入來源自然生境與野生生物面臨的威脅人類活動(dòng):濫伐林木

16、世界上最嚴(yán)重的環(huán)境問題資料來源：Canadian International Development Agency. Forestry Advisers Network (CFAN) ; /english/issues.12.html 土地:森林 居住、工業(yè)和農(nóng)業(yè)N2 in AIRNH3Organic MatterNO2-NO3-NO, NO2-N2OLEACHED TO SOIL & WATERNutrientNitrogen fixationNitrification (aerobic)e.g. NitrobacterNitrification (aerobic)

17、e.g. NitrosomonasDecomposition, ExcretionDenitrification (anaerobic)e.g. Pseudomonas, BacillusNutrient: Combustion of fossil fuelsApplication of FertilizerIndustrial FixationUnbalancing Global N CycleSoil Deterioration & EutrophicationAir Pollution城市發(fā)展 滋擾野生生物的生境 導(dǎo)致自然生境的碎裂甚或喪失滋擾建築堤壩作水力發(fā)電香港具代表性的景點(diǎn)維多利亞

18、港 城市發(fā)展影響郊野地區(qū)喪失自然生境的碎裂野生生物生境喪失對(duì)野生生物的干擾物種集中於避難地區(qū)森林喪失保護(hù)與管理有效地資源管理 人類是自然的一部分，不應(yīng)只開發(fā)資源而不考慮自然生態(tài)有效管理的意義是： 套用關(guān)於自然和如何控制環(huán)境的知識(shí)建立和跟隨自然的節(jié)奏，維持可持續(xù)產(chǎn)量，如生態(tài)旅游、可持續(xù)漁業(yè)和人工魚礁等人工漁礁科技和產(chǎn)量全球漁獲捕魚養(yǎng)殖總和產(chǎn)量百萬噸年份立法保護(hù)物種及生境為維持生物多樣性，需實(shí)施保護(hù)瀕危物種的措施：香港法例第 187章生境保護(hù)成立4個(gè)海岸公園和1個(gè)海岸保護(hù)區(qū)，包括東平洲海岸公園地區(qū)內(nèi)捕魚遭到限制以保護(hù)海洋生境成立具特殊科學(xué)價(jià)值地點(diǎn) 立法執(zhí)行年度空氣污染控制條例 1989, 1991

19、 修正保護(hù)臭氧層條例1989噪音控制條例1980廢物處置條例1980水污染控制條例1980環(huán)境影響評(píng)估條例1999理想保護(hù)區(qū)的設(shè)計(jì) 添加經(jīng)濟(jì)活動(dòng)添加保護(hù)可持續(xù)林業(yè)的概念有效管理保護(hù)區(qū)是維持木材和非木材產(chǎn)品的可持續(xù)產(chǎn)量可持續(xù)林業(yè)容許搜集木材，但需有適時(shí)的植林計(jì)劃濕地是鳥類、魚類和眾多生物的覓食地和休憩地 (WWF(HK)Sing Tao環(huán)境影響評(píng)估任何基建發(fā)展，都需向政府提交計(jì)劃及環(huán)境影響評(píng)估報(bào)告環(huán)境保護(hù)署署長需諮詢漁農(nóng)自然護(hù)理署署長的意見，才決定能否同意環(huán)境許可證 , 以允許工程進(jìn)行建議學(xué)習(xí)活動(dòng)：進(jìn)行角色扮演，模擬一個(gè)社區(qū)在決定某項(xiàng)發(fā)展項(xiàng)目時(shí) ，須考慮的各種要素。課題四作為能源的石油甚麼是石油

20、？它是如何構(gòu)成？厚和暗褐色的油性液體碳?xì)浠衔锏难}雜混和物其它化合物，如硫、氮和氧的化合物 百萬年前浮游動(dòng)植物的殘餘物厭氧細(xì)菌分解這些殘餘物，把它們轉(zhuǎn)化成碳?xì)浠衔锸头逐s石油精煉過程分餾把原油分為不同餾分一組組的餾: 不同的碳?xì)浠衔镉胁煌拿芏群头悬c(diǎn)加熱直至原油原油沸騰蒸發(fā)，蒸汽在分餾柱中上升分餾柱為程度間隔；蒸汽從一個(gè)間隔上升到另一個(gè)間隔較輕餾分如煉油氣和汽油在分餾柱頂部凝結(jié)較重餾分如潤滑油和瀝青在底部凝結(jié) 把石油變成我們?nèi)粘Ｉ钪羞\(yùn)用的能源不同石油餾分的用途，如：液態(tài)氣體是家居煮食的燃料汽油和煤油分別是車輛和噴射機(jī)的燃料較重餾分是船和工廠的燃料最重餾分可作道路上的瀝青 熱的原油供應(yīng)需求

21、煉油氣5%5%汽油10%25%石腦油5%5%煤油20%25%柴油15%35%殘餘45%5%密度、沸點(diǎn)Fractional distillation of crude oil and the uses of different fractions. 石油餾分的需求不一樣運(yùn)輸業(yè)、工業(yè)和發(fā)電需求大量較輕石油餾分，令其日益短缺石油的裂解裂解*較重餾分，提供多些較輕餾分裂解過程在高溫、高壓和缺乏空氣的情況下進(jìn)行(裂解*：把長鏈碳?xì)浠衔锓纸鉃槎替溙細(xì)浠衔锏倪^程)建議學(xué)習(xí)活動(dòng)：示範(fàn)裂解藥石蠟的實(shí)驗(yàn)。參與催化劑如氧化鋁與氧化硅的混合物。催化劑添加化學(xué)反應(yīng)的速率，反應(yīng)後仍堅(jiān)持不變這是催化裂解，可添加裂解過程

22、的速率其中一個(gè)裂解反應(yīng)過程過程中癸烷被裂解成己烷和丁-1-烯 )裂解*：把長鏈碳?xì)浠衔锓纸鉃槎替溙細(xì)浠衔锏倪^程運(yùn)用石油作為燃料會(huì)產(chǎn)生的問題？排放空氣污染物酸性氣體燃料如汽油和柴油含有雜質(zhì)如硫硫與大氣中的氧氣產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，構(gòu)成二氧化硫燃燒燃料期間，大氣中的氧氣和氮?dú)猱a(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，構(gòu)成氮氧化物NOX構(gòu)成酸雨的主要?dú)怏w，而酸雨有害於各種生物 氣體成份 (%)氮74% 二氧化碳12%水10%一氧化碳2%氧1.0%氮氧化物0.5%氫0.4%碳?xì)浠衔?.1%二氧化硫60 ppm*(0.006%)鉛、硅和磷小量汽車引擎產(chǎn)生的廢氣 懸浮粒子 石油的替代品可替代化石燃料的可再生能源：太陽能、核能、風(fēng)能和水

23、力發(fā)電等 建議學(xué)習(xí)活動(dòng)：辯論運(yùn)用石油提供能源的利弊或討論生物燃料取代石油的可行性。Energy Crisis (Chambell, 2002)Oil reserve: 900 - 1050 BbDepleted within several decades Biodiesel (生物柴油)生物柴油是:可替代能源石油是不可再生能源,全球原油儲(chǔ)備有限 脂肪酸單酯Monoalkyl esters of fatty acids (FAMEs; RCOOCH3)可生物降解Bio-dieselCO2CO2 Balance生態(tài)環(huán)境意義Combustion test for FAMEsSuggested ac

24、tivity:From Waste cooking oil to Biodiesel催化劑 生物柴油 酒精甘油油醇解和酯化可同時(shí)進(jìn)展 Biodiesel (生物柴油)Ming Pao引致嚴(yán)重的環(huán)境污染，威脅海洋生物的生存影響整個(gè)水生態(tài)系統(tǒng)：石油浮於水面，阻礙水和大氣之間的氣體交換令海洋生物窒息甚至死亡漏油在汽車排氣管外安裝催化轉(zhuǎn)換器，可把氮氧化物和一氧化碳轉(zhuǎn)換成無毒的氮?dú)夂投趸茧娔X化感應(yīng)器可檢查輸油管和油輪，以防止洩漏新一代油輪安裝雙層外殼，減少漏出油量訓(xùn)練油輪駕駛員和技術(shù)員，另有程序監(jiān)督他們?nèi)绾螠p少污染香港1997年起0.05%硫量的超低硫柴油取代0.2%硫量的低硫柴油，這降低汽車廢氣和大氣中二氧化硫的含量課題五源自石油的有用物料塑膠塑膠是石油化工的重要產(chǎn)品把石油和天然氣中的碳?xì)浠衔镛D(zhuǎn)化為人造聚合物 聚協(xié)作用細(xì)小分子單體經(jīng)聚協(xié)作用構(gòu)成高分子質(zhì)量的物質(zhì) 單體高溫或運(yùn)用催化劑聚協(xié)作用聚合物聚乙烯膠袋，軟膠瓶聚丙