西交大能源環(huán)境學(xué)講義第1章 能源與環(huán)境問題的產(chǎn)生

PAGEPAGE6第1章能源與環(huán)境問題的產(chǎn)生一.本課內(nèi)容：1.問題產(chǎn)生、能源現(xiàn)狀、引起的全球環(huán)境問題；2.能源開發(fā)利用中的環(huán)境影響：根源、產(chǎn)生機(jī)理；3.能源利用與環(huán)境協(xié)調(diào)：解決問題的途徑。二.參考書：周乃君，能源與環(huán)境，中南大學(xué)出版社，2008鄂勇，傘成立，能源與環(huán)境效應(yīng)，化學(xué)工業(yè)出版社，2006濱川圭弘著，郭成言譯，能源環(huán)境學(xué)，科學(xué)版，2003三.考查方式第1章能源與環(huán)境問題的產(chǎn)生——人口、資源、環(huán)境1.1人類活動對環(huán)境的影響（人口增長和經(jīng)濟(jì)發(fā)展）人類自出現(xiàn)以來就對地球環(huán)境施加干擾；不過長期以來并未造成嚴(yán)重的環(huán)境問題。只是近百十年來，人類活動對地球環(huán)境造成了顯著的不利影響。人類活動對地球環(huán)境的干擾破壞日益加劇，其原因有兩個方面：一是人口迅速增長；一是經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展對資源的需求。兩方面共同作用，使人類對地球環(huán)境干擾的廣度和強(qiáng)度迅速升級。雖然人口增長是主要原因，但需要強(qiáng)調(diào)指出，經(jīng)濟(jì)發(fā)展、科技進(jìn)步使人類對環(huán)境的破壞力大大增強(qiáng)了。人口增長對地球資源造成壓力；不適當(dāng)?shù)娜祟惢顒訉Νh(huán)境造成破壞。從大氣、水資源、土地資源，到生物、礦物資源，無不遭到污染和破壞。人口增長使能源緊張、大氣質(zhì)量下降。不適當(dāng)?shù)娜祟惢顒游廴玖舜髿?，引起許多危害。人口增長、經(jīng)濟(jì)發(fā)展必然要消耗更多的能源、礦物資源和其它物料。在燃燒、冶煉和生產(chǎn)過程中，大量二氧化碳、硫氧化物、氮氧化物、碳?xì)浠衔锏扰湃氪髿?。這些物質(zhì)經(jīng)過物理、化學(xué)、光化學(xué)反應(yīng)，使大氣組分發(fā)生變化，引起酸雨、臭氧層減薄、溫室效應(yīng)，惡化地面大氣質(zhì)量，影響太陽—大氣—地球的輻射平衡，引起全球氣候變化和異常，破壞生態(tài)系統(tǒng)平衡。人口增長使得水資源的缺乏更加嚴(yán)重。地球上的淡水資源并不豐富。由于人口分布、降水量的時間和空間分布都極不均勻，因此世界上許多地區(qū)淡水不足。加上人口激增，用水量不斷增加，使得淡水資源更加緊張。根據(jù)世界水資源研究所的報告，世界上有26個國家嚴(yán)重缺水；尤其是中東和非洲。另外，人類活動造成水污染和用水過程中的浪費也是造成缺水的重要因素。人口增長和人類活動對土地資源的壓力和破壞越來越大。人口增加使人均耕地日益減少。為滿足糧食需求，一方面對土地過度利用，結(jié)果是耕地表土侵蝕嚴(yán)重，肥力下降，土質(zhì)惡化；另一方面，為了擴(kuò)大耕地面積，加劇土地開發(fā)，砍伐森林、開墾草原、圍湖造田等等，破壞生態(tài)平衡；此外，人口增長和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，使城鄉(xiāng)擴(kuò)展，住宅、交通、工礦等用地增加，使耕地不斷減少。還有，為了提高糧食產(chǎn)量，大量使用化肥、農(nóng)藥，污染土壤。人口增長對生物資源的壓力加大。人口急劇增加，為獲得食物和發(fā)展經(jīng)濟(jì)，人們毀林開荒、焚草種地、填湖造田，開發(fā)荒野和灘涂，興建水利工程等等，破壞了生物棲息地，使許多物種的生存環(huán)境縮小、消失，加快物種減少、滅絕。隨著人口增加和工業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)展，人類對能源的需求越來越大。目前使用的能源主要是不可再生的貯存性能源——化石燃料，貯存量日漸減少。人口增長不僅使能源供應(yīng)緊張，縮短煤、石油、天然氣等化石燃料的耗竭時間，而且加速森林資源的破壞。因為許多發(fā)展中國家的燃料大量來源于樹木。人口增長對森林資源破壞加劇。森林是地球生態(tài)系統(tǒng)的重要部分。近幾十年來森林面積減少不可遏止。人口增長對糧食和土地的需求，加劇了毀林開荒；經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，導(dǎo)致對林木的過量開采；落后地區(qū)人口增長和能源短缺，促使亂砍濫伐。發(fā)展中國家尤其嚴(yán)重。世界上幾個古代文明國家的搖籃，大多因森林砍伐過度而成為林木稀少之地，甚至成為荒漠。熱帶森林毀壞非常嚴(yán)重。森林破壞導(dǎo)致地區(qū)氣候變化、降雨量減少以及自然災(zāi)害；生態(tài)系統(tǒng)平衡失調(diào)；生物多樣性減少；水土流失，土地荒漠化。1.2人口增長和地球的人口環(huán)境容量人口增長自從地球上出現(xiàn)人類以來，在很長時期內(nèi)，人口增長緩慢，如圖1.1。從原始人到1億人口，經(jīng)歷了200~300萬年。之后人口增長速度加快了，尤其在20世紀(jì)最后的30年，增長速度驚人，如表1.3所示。全球人口每增加10億人的時間間隔迅速縮短；但在20世紀(jì)末，雖然人口增長依然很快，增長率已明顯下降了，每增加10億人的時間間隔已不再縮短，人口增長速度已經(jīng)減慢了。人口急劇增長的因素，主要的不是壽命延長，而是生孩子的數(shù)目增多和生孩子的年齡即兩代的間隔縮短。這是由社會、文化、經(jīng)濟(jì)因素決定的。人口增長較快的往往是經(jīng)濟(jì)、文化比較落后的發(fā)展中國家；與之對應(yīng)，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家的人口則多為零增長或負(fù)增長。于是出現(xiàn)了相反的人口政策。一些國家實行計劃生育，努力控制人口；另一些國家鼓勵生育。目前的客觀情況是世界總?cè)丝谶€在迅速增長；人口增長速度的地區(qū)差異性很大。距今年代圖1.1過去50萬年人口增長資料來源：黃潤華，環(huán)境學(xué)基礎(chǔ)教程，北京，高等教育出版社，19971999年10月12日，世界人口達(dá)到60億。按目前的年齡結(jié)構(gòu)和增長率估計，2025年世界人口將超過80億，并繼續(xù)增長；預(yù)計到21世紀(jì)末達(dá)到穩(wěn)定值，如圖1.2。聯(lián)合國與世界銀行對此穩(wěn)定值作了預(yù)測，到2100年，預(yù)測人口低值為72億，高值為149億。圖1.2世界人口增長及預(yù)測趨勢世界人口排名（2008.3.8？）1

World6,525,170,264

2

China1,313,973,713

3

India1,095,351,995

4

EuropeanUnion456,953,258

5

UnitedStates298,444,215

6

Indonesia245,452,739

7

Brazil188,078,227

8

Pakistan165,803,560

9

Bangladesh147,365,352

10

Russia142,893,540

11

Nigeria131,859,731

12

Japan127,463,611

13

Mexico107,449,525

14

Philippines89,468,677

15

Vietnam84,402,966

16

Germany82,422,299

17

Egypt78,887,007

18

Ethiopia74,777,981

19

Turkey70,413,958

20

Iran68,688,433

21

Thailand64,631,5952006.10.27？序號國家人口

1世界6,302,309,691

2中國1,286,975,468

3印度1,049,700,118

4美國290,342,554

5印尼234,893,453

6巴西182,032,604

7巴基斯坦150,694,740

8俄國144,526,278

9孟加拉138,448,210

10尼日利亞133,881,703

11日本127,214,499

12墨西哥104,907,991

共十二個國家人口超過一億

13菲律賓84,619,974

14德國82,398,326

15越南81,624,716

16埃及74,718,797

17伊朗68,278,826

18土耳其68,109,469

19埃塞俄比亞66,557,553

20泰國64,265,276

21法國60,180,529

22英國60,094,648

23意大利57,998,353

24剛果（金）56,625,039

25韓國48,289,037（2007.7.16？）1中國

1,319,000,000占世界人口19.77%2印度

1,169,016,00017.52%3美國

301,950,0004.53%

4印度尼西亞

231,627,0003.47%5巴西

186,500,0002.8%6巴基斯坦

163,630,0002.45%7孟加拉

158,665,0002.38%8尼日利亞

148,093,0009俄羅斯

142,499,0002.14%10日本

127,720,0001.91%11墨西哥

103,263,38812菲律賓

88,706,30013越南

87,375,00014德國

82,310,000地球的人口承載力地球上究竟能容納多少人口，是全人類的重大問題。地球上的陸地、海洋能提供給人類的生物生產(chǎn)量是有限的，因此，地球環(huán)境對人口的承載能力也是有限的。地球環(huán)境的人口承載能力，即人口環(huán)境容量，指一定的生態(tài)環(huán)境條件下地球?qū)θ丝诘淖畲筘?fù)荷能力。要求的生活條件不同，則能容納的人口數(shù)目就不同。所以通常所說的地球的人口承載力，應(yīng)指一定的生活水平和環(huán)境質(zhì)量下所能供養(yǎng)的最高人口數(shù)。如果把標(biāo)準(zhǔn)定在僅僅維持生存的水平，那么地球能養(yǎng)活的人口數(shù)將接近生物學(xué)上的最高人口數(shù)；如果生活水平定得適當(dāng)，則人口環(huán)境容量將是經(jīng)濟(jì)適度人口。國際人口生態(tài)學(xué)界將人口環(huán)境容量定義為：在不損害生物圈，或不耗盡可合理利用的不可更新資源的條件下，世界資源在長期穩(wěn)定狀態(tài)下，所能供養(yǎng)的人口數(shù)量。這里強(qiáng)調(diào)了人口容量以不破壞生態(tài)環(huán)境的平衡與穩(wěn)定，保證環(huán)境資源的持續(xù)利用為前提。人口容量的制約因素很多。許多學(xué)者認(rèn)為，自然資源和環(huán)境狀況是主要限制因素。幾十年來，人類對環(huán)境污染防治、自然生態(tài)保護(hù)做了大量努力，取得了一些成效，但目前的全球環(huán)境問題依然嚴(yán)峻。按照保證環(huán)境資源可持續(xù)利用的要求來看，地球上許多地區(qū)人口數(shù)量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過環(huán)境的承載力。在未來長時間內(nèi)，控制人口、節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境，是全人類的艱巨任務(wù)。1.3人口、經(jīng)濟(jì)狀況、資源分布不協(xié)調(diào)地球上的人口分布與資源分布很不一致。世界各地人口分布很不均勻，例如，美國人口平均密度為65人/km2，中國是110人/km2，印度是239人/km2，日本是334人/km2，孟加拉是699人/km2。一個國家內(nèi)的人口分布也往往很不均勻。地球上的能源分布很不均衡；常規(guī)能源的生產(chǎn)和消費，各地區(qū)也不均衡。大多數(shù)人口密集的國家資源貧乏，而少數(shù)幾個國家則擁有某種礦物的大部分。例如，石油集中在兩個石油帶：一是東半球的地中海—中東—印尼一帶，產(chǎn)油大國集中在中東；一是西半球