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第1章緒論

1.1環(huán)境

1.1.1環(huán)境的概念

環(huán)境是一個(gè)極其廣泛的概念，它不能孤立地存在，是相對(duì)某一中心事物而言的，不同的中心事物有不同的環(huán)境范疇?對(duì)于環(huán)境科學(xué)而言，中心事物是人，環(huán)境的含義是以人為中心的客觀存在，這個(gè)客觀存在主要是指:人類已經(jīng)認(rèn)識(shí)到的，直接或間接影響人類生存與發(fā)展的周圍事物?它既包括未經(jīng)人類改造過的自然界眾多要素，如陽光?空氣?陸地(山地?平原等)?土壤?水體(河流?湖泊?海洋等)?天然森林和草原?野生生物等;又包括經(jīng)過人類社會(huì)加工改造過的自然界，如城市?村落?水庫(kù)?港口?公路?鐵路?空港?園林等?它既包括這些物質(zhì)性的要素，又包括由這些物質(zhì)性要素所構(gòu)成的系統(tǒng)及其所呈現(xiàn)出的狀態(tài)?

目前，還有一種為適應(yīng)某些方面工作的需要，而給"環(huán)境"下的定義，它們大多出現(xiàn)在世界各國(guó)頒布的環(huán)境保護(hù)法規(guī)中?例如，《中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)法》對(duì)環(huán)境作了如下規(guī)定:"本法所稱環(huán)境，是指影響人類生存和發(fā)展的各種天然的和經(jīng)過人工改造的自然因素的總體，包括大氣?水?海洋?土地?礦藏?森林?草原?濕地?野生生物?自然遺跡?人文遺跡?自然保護(hù)區(qū)?風(fēng)景名勝區(qū)?城市和鄉(xiāng)村等?"可以認(rèn)為，我國(guó)環(huán)境法規(guī)對(duì)環(huán)境的定義相當(dāng)廣泛，包括前述的自然環(huán)境和人工環(huán)境?環(huán)境保護(hù)法是一種把環(huán)境中應(yīng)當(dāng)保護(hù)的要素或?qū)ο蠼缍榄h(huán)境的一種工作定義，其目的是從實(shí)際工作的需要出發(fā)，對(duì)環(huán)境一詞的法律適用對(duì)象或適用范圍做出規(guī)定，以保障法律的實(shí)施?

1.1.2環(huán)境要素及其屬性

1. 環(huán)境要素

構(gòu)成環(huán)境整體的各個(gè)獨(dú)立的?性質(zhì)不同而又服從總體演化規(guī)律的基本物質(zhì)組分稱為環(huán)境要素，又稱環(huán)境基質(zhì)，主要包括水?大氣?生物?土壤?巖石和陽光等?環(huán)境要素組成環(huán)境的結(jié)構(gòu)單元，環(huán)境的結(jié)構(gòu)單元又組成環(huán)境整體或環(huán)境系統(tǒng)?例如，空氣?水蒸氣等組成大氣圈;河流?湖泊?海洋等地球上各種形態(tài)的水體組成水圈;土壤組成農(nóng)田?草地和林地等;巖石和土壤構(gòu)成巖石圈或稱巖石-土壤圈;動(dòng)物?植物?微生物組成生物群落，全部生物群落構(gòu)成生物圈;陽光則提供輻射能并為上述要素所吸收?大氣圈?水圈?巖石-土壤圈和生物圈4個(gè)圈層則構(gòu)成了人類的生存環(huán)境——地球環(huán)境系統(tǒng)?

2. 環(huán)境要素的屬性

環(huán)境要素具有非常重要的屬性，這些屬性決定了各個(gè)環(huán)境要素間的聯(lián)系和作用的性質(zhì)，是人類認(rèn)識(shí)環(huán)境?改造環(huán)境?保護(hù)環(huán)境的基本依據(jù)?在這些屬性中，最重要的是:

(1) 環(huán)境整體大于諸要素之和?環(huán)境諸要素之間相互聯(lián)系?相互作用形成環(huán)境的總體效應(yīng)，這種總體效應(yīng)是在個(gè)體效應(yīng)基礎(chǔ)上的質(zhì)的飛躍?某處環(huán)境所表現(xiàn)出的性質(zhì)，不等于組成該環(huán)境的各個(gè)要素性質(zhì)之和，而要比這種"和"豐富得多，復(fù)雜得多?

(2) 環(huán)境要素的相互依賴性?環(huán)境諸要素是相互聯(lián)系?相互作用的?環(huán)境諸要素間的相互作用和制約，一方面通過能量流，即通過能量在各要素之間的傳遞，或以能量形式在各要素之間的轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)的;另一方面通過物質(zhì)循環(huán)，即物質(zhì)在環(huán)境要素之間的傳遞和轉(zhuǎn)化，使環(huán)境要素相互聯(lián)系在一起?

(3) 環(huán)境質(zhì)量的最差限制律?環(huán)境質(zhì)量的一個(gè)重要特征是最差限制律，即整體環(huán)境的質(zhì)量不是由環(huán)境諸要素的平均狀態(tài)決定的，而是受環(huán)境諸要素中"最差狀態(tài)"的要素控制的，且不由其他要素處于良好狀態(tài)得到補(bǔ)償?因此，環(huán)境諸要素之間是不能相互替代的?例如，一個(gè)區(qū)域的空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良，聲環(huán)境質(zhì)量較好，但水體污染嚴(yán)重，則該區(qū)域的總體環(huán)境質(zhì)量就由水環(huán)境質(zhì)量所決定?要改善該區(qū)域的整體環(huán)境質(zhì)量，就要首先改善該區(qū)域的水環(huán)境質(zhì)量?

(4) 環(huán)境要素的等值性?任何一個(gè)環(huán)境要素，對(duì)于環(huán)境質(zhì)量的限制，只有當(dāng)它們處于最差狀態(tài)時(shí)，才具有等值性?也就是說，各個(gè)環(huán)境要素，無論它們本身在規(guī)模或數(shù)量上如何不同，但只要是一個(gè)獨(dú)立的要素，那么它們對(duì)環(huán)境質(zhì)量的限制作用并無質(zhì)的差別?如前所述，對(duì)一個(gè)區(qū)域來說，屬于環(huán)境范疇的空氣?水體?土地等均是獨(dú)立的環(huán)境要素，無論哪個(gè)要素處于最差狀態(tài)，都制約著環(huán)境質(zhì)量，使總體環(huán)境質(zhì)量變差?

(5) 環(huán)境要素變化之間的連鎖反應(yīng)?每個(gè)環(huán)境要素在發(fā)展變化的過程中，既受到其他要素的影響，同時(shí)也影響其他要素，形成連鎖反應(yīng)?例如，由溫室效應(yīng)引起的大氣升溫，將導(dǎo)致干旱?洪澇?沙塵暴?颶風(fēng)?泥石流?土地荒漠化?水土流失等一系列自然災(zāi)害?這些自然現(xiàn)象互相之間一環(huán)扣一環(huán)，只要其中的一環(huán)發(fā)生改變，就可能引起一系列連鎖反應(yīng)?

1.1.3地球環(huán)境的構(gòu)成

1. 大氣圈

大氣圈是指受地球引力作用而圍繞地球的大氣層，又稱大氣環(huán)境，是自然環(huán)境的組成要素之一，也是一切生物賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)?大氣圈垂直距離的溫度分布和大氣的組成有明顯的變化，根據(jù)這種變化通常可將大氣劃分為五層，如圖1-1所示?

圖1-1大氣圈的分層

(1) 大氣圈的結(jié)構(gòu)?

①對(duì)流層?對(duì)流層位于大氣圈的最底層，是空氣密度較大的一層，直接與巖石圈?水圈和生物圈相接觸?對(duì)流層厚度隨地球緯度不同而有些差異，在赤道附近高15~20km，在兩極區(qū)高8~10km?空氣總質(zhì)量的95%和絕大多數(shù)的水蒸氣?塵埃都集中在這一層;各種天氣現(xiàn)象如云?霧?雷?電?雨和雪等都發(fā)生在這一層;大氣污染也主要發(fā)生在這一層，尤其是在近地面1~2km范圍內(nèi)更為明顯?在對(duì)流層里，氣溫隨高度增加而下降，平均遞減率為6.5℃/km，空氣由上而下進(jìn)行劇烈的對(duì)流，使大氣能充分混合，各處空氣成分比例相同，稱為均質(zhì)層?

②平流層? 位于對(duì)流層頂，上界高度為50~55km?在這一層內(nèi)，臭氧集中，太陽輻射的紫外線(λ

③中間層?位于平流層頂，上界高度為80~90km，溫度再次隨高度增加而下降，中間層頂?shù)蜏囟瓤蛇_(dá)-100℃，是大氣溫度低的區(qū)域?其原因是這一層幾乎沒有臭氧，而能被N2和O2等氣體吸收的波長(zhǎng)更短的太陽輻射，大部分已被上層大氣吸收?

④暖層?從中間層頂至800km高度，空氣分子密度是海平面上的五百萬分之一?強(qiáng)烈的紫外線輻射使N2和O2分子發(fā)生電離，成為帶電離子或分子，使此層處于特殊的帶電狀態(tài)，所以又稱電離層?在這一層里，氣溫隨高度增加而迅速上升，這是因?yàn)樗胁ㄩL(zhǎng)小于0.2μm的紫外輻射都被大氣中的N2和O2分子吸收，在300km高度處，氣溫可達(dá)1000℃以上?電離層能使無線電波反射回地面，這對(duì)遠(yuǎn)距離通信極為重要?

⑤逸散層?高度800km以上的大氣層，統(tǒng)稱為逸散層?氣溫隨高度增加而升高，大氣部分處于電離狀態(tài)，質(zhì)子的含量大大超過氫原子的含量?由于大氣極其稀薄，地球引力場(chǎng)的束縛也大大減弱，大氣物質(zhì)不斷向星際空間逸散，極稀薄的大氣層一直延伸到離地面2200km高空，在此以外是宇宙空間?暖層和逸散層又稱非均質(zhì)層?

在大氣圈的這五個(gè)層次中，與人類關(guān)系最密切的是對(duì)流層，其次是平流層?離地面1km以下部分為大氣邊界層，該層受地表影響較大，是人類活動(dòng)的空間，大氣污染主要發(fā)生在這一層?

(2) 大氣圈的組成?

大氣是由多種氣體?水汽?液體顆粒和懸浮固體雜質(zhì)組成的混合物?大氣中，除去液體顆粒和懸浮固體雜質(zhì)的混合氣體，稱為干潔空氣?

干潔空氣:N2(體積約占78%)?O2(約占21%)?氬(0.9%)，此外還有少量的其他成分，如CO2?氖?氦?氪?氙?氫?O3等，這些氣體體積約占空氣總體積的0.1%?

水汽:大氣中的水汽含量比氮?氧等主要成分含量所占的比例要低得多，且隨著時(shí)間?地域?氣象條件的不同變化很大?在干燥地區(qū)可低至0.02%，在濕潤(rùn)地區(qū)可高達(dá)6%?大氣中的水汽含量雖然不大，但對(duì)天氣變化起著重要的作用，可形成云?雨?雪等天氣現(xiàn)象?

大氣顆粒物:指懸浮在大氣中由于粒徑較小導(dǎo)致沉降速率很小的固體?液體微粒?無論其含量?種類，還是化學(xué)成分都是變化的?

2. 水圈

天然水是海洋?江河?湖泊?沼澤?冰川等地表水?大氣水和地下水的綜合?由地球上的各種天然水與其中各種有生命和無生命物質(zhì)構(gòu)成的綜合水體，稱為水圈?水圈中水的總量約為1.41018m3，其中海洋水約占97.2%，余下不足3%的淡水分布在冰川?地下水和江?河?湖泊等?這部分水量雖少，但與人類生產(chǎn)與生活活動(dòng)關(guān)系最為密切?

水資源通常指淡水資源，而且是較易被人類利用，可以逐年恢復(fù)的淡水資源?因此，海水?冰川?深層地下水(>1000m)等目前還不能算作水資源?顯然，地球上的水資源是非常有限的?在水圈中，99.99%的水是以液態(tài)和固態(tài)形式在地面上聚集，構(gòu)成各種水體，如海洋?河流?湖泊?水庫(kù)?冰川等?通常情況下，一個(gè)水體就是一個(gè)完整的生態(tài)系統(tǒng)，包括其中的水?懸浮物?溶解物?底質(zhì)和水生生物等，此時(shí)我們又稱其為水環(huán)境?它們?cè)诟鞣N形態(tài)之間和各種水體之間不斷地轉(zhuǎn)化和循環(huán)，形成水的大循環(huán)和相對(duì)穩(wěn)定的分配?

3. 巖石-土壤圈

地球是由地殼?地幔和地核三個(gè)同心圈層組成，平均半徑約6371km?距地表以下幾千米到70km的一層，稱為巖石圈?巖石圈的厚度很不均勻，大陸的地殼比較厚，平均35km，我國(guó)青藏高原的地殼厚度達(dá)65km以上?海洋的地殼厚度比較薄，為5~8km?大陸地殼的表層為風(fēng)化層，它是地表中多種硅酸鹽礦與豐富的水?空氣長(zhǎng)期作用的結(jié)果，為陸地植物的生長(zhǎng)提供了基礎(chǔ)?另外，經(jīng)過植物根部作用，動(dòng)植物尸體及排泄物的分解產(chǎn)物及微生物的作用，進(jìn)一步風(fēng)化形成現(xiàn)在的土壤，土壤是地球陸地表面生長(zhǎng)植物的疏松層，通常稱為土壤圈?

4. 生物圈

生物圈是指生活在大氣圈?水圈和巖石圈中的生物與其生存環(huán)境的總體?生物圈的范圍包括從海平面以下深約11km(太平洋最深處的馬里亞納海溝)到地平面上約9km(陸地較高山峰珠穆朗瑪峰)的地球表面和空間，通常只有在這一空間范圍內(nèi)才能有生命存在?因此，我們也可以把有生命存在的整個(gè)地球表面和空間稱為生物圈?在生物圈里，有陽光?空氣?水?土壤?巖石和生物等各種基本的環(huán)境要素，為人類提供了賴以生存的基本條件?

1.1.4環(huán)境的功能

對(duì)人類而言，環(huán)境功能是環(huán)境要素及由其構(gòu)成的環(huán)境狀態(tài)對(duì)人類生產(chǎn)和生活所承擔(dān)的職能和作用，其功能非常廣泛?

1. 為人類提供生存的基本要素

人類?生物都是地球演化到一定階段的產(chǎn)物，生命活動(dòng)的基本特征是生命體與外界環(huán)境的物質(zhì)交換和能量轉(zhuǎn)換?空氣?水和食物是人體獲得物質(zhì)和能量的主要來源?因此，清潔的空氣?潔凈的水?無污染的土壤和食物是人類健康和世代繁衍的基本環(huán)境要素?

2. 為人類提供從事生產(chǎn)的資源基礎(chǔ)

環(huán)境是人類從事生產(chǎn)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的資源基礎(chǔ)?自然資源可以分為可耗竭資源(不可再生資源)和可再生資源兩大類?

可耗竭資源是指資源蘊(yùn)藏量不再增加的資源?它的持續(xù)開采過程也就是資源的耗竭過程，當(dāng)資源的蘊(yùn)藏量為零時(shí)，就達(dá)到了耗竭狀態(tài)?可耗竭資源主要是指煤炭?石油?天然氣等能源資源和金屬等礦產(chǎn)資源?

可再生資源是指能夠通過自然力以某一增長(zhǎng)率保持?恢復(fù)或增加蘊(yùn)藏量的自然資源，如太陽能?大氣?森林?農(nóng)作物以及各種野生動(dòng)植物等?許多可再生資源的可持續(xù)性受人類利用方式的影響?在合理開發(fā)利用的情況下，資源可以恢復(fù)?更新?再生，甚至不斷增長(zhǎng)?而不合理的開發(fā)利用，會(huì)導(dǎo)致可再生過程受阻，使蘊(yùn)藏量不斷減少，以致枯竭?例如，水土流失或鹽堿化導(dǎo)致土壤肥力下降，農(nóng)作物減產(chǎn);過度捕撈使?jié)O業(yè)資源枯竭，由此降低魚群的自然增長(zhǎng)率?有些可再生資源不受人類活動(dòng)影響，當(dāng)代人消費(fèi)的數(shù)量不會(huì)使后代人消費(fèi)的數(shù)量減少，如太陽能?風(fēng)力等?

3. 對(duì)廢物具有消化和同化能力(環(huán)境自凈能力)

人類在進(jìn)行物質(zhì)生產(chǎn)或消費(fèi)的過程中，會(huì)產(chǎn)生一些廢物并排放到環(huán)境中?環(huán)境通過各種各樣的物理(稀釋?擴(kuò)散?揮發(fā)?沉降等)?化學(xué)(氧化和還原?化合和分解等)?生物降解等途徑來消化?轉(zhuǎn)化這些廢物?只要這些污染物在環(huán)境中的含量不超出環(huán)境的自凈能力，環(huán)境質(zhì)量就不會(huì)受到損害?如果環(huán)境不具備這種自凈能力，地球上的廢物就會(huì)很快積累到危害環(huán)境和人體健康的水平?

環(huán)境自凈能力(環(huán)境容量)與環(huán)境空間的大小?各環(huán)境要素的特性?污染物本身的物理和化學(xué)性質(zhì)有關(guān)?環(huán)境空間越大，環(huán)境對(duì)污染物的自凈能力就越大，