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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)境是一個極其廣泛的概念，它不能孤立地存在，是相對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?對于環(huán)境科學而言，中心事物是人，環(huán)境的含義是以人為中心的客觀存在，這個客觀存在主要是指:人類已經(jīng)認識到的，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)過人類社會加工改造過的自然界，如城市?村落?水庫?港口?公路?鐵路?空港?園林等?它既包括這些物質性的要素，又包括由這些物質性要素所構成的系統(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)在世界各國頒布的環(huán)境保護法規(guī)中?例如，《中華人民共和國環(huán)境保護法》對環(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?自然保護區(qū)?風景名勝區(qū)?城市和鄉(xiāng)村等?"可以認為，我國環(huán)境法規(guī)對環(huán)境的定義相當廣泛，包括前述的自然環(huán)境和人工環(huán)境?環(huán)境保護法是一種把環(huán)境中應當保護的要素或對象界定為環(huán)境的一種工作定義，其目的是從實際工作的需要出發(fā)，對環(huán)境一詞的法律適用對象或適用范圍做出規(guī)定，以保障法律的實施?

1.1.2環(huán)境要素及其屬性

1. 環(huán)境要素

構成環(huán)境整體的各個獨立的?性質不同而又服從總體演化規(guī)律的基本物質組分稱為環(huán)境要素，又稱環(huán)境基質，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)境的結構單元，環(huán)境的結構單元又組成環(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;土壤組成農田?草地和林地等;巖石和土壤構成巖石圈或稱巖石-土壤圈;動物?植物?微生物組成生物群落，全部生物群落構成生物圈;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個圈層則構成了人類的生存環(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環(huán)境要素間的聯(lián)系和作用的性質，是人類認識環(huán)境?改造環(huán)境?保護環(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，這種總體效應是在個體效應基礎上的質的飛躍?某處環(huán)境所表現(xiàn)出的性質，不等于組成該環(huán)境的各個要素性質之和，而要比這種"和"豐富得多，復雜得多?

(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換來實現(xiàn)的;另一方面通過物質循環(huán)，即物質在環(huán)境要素之間的傳遞和轉化，使環(huán)境要素相互聯(lián)系在一起?

(3) 環(huán)境質量的最差限制律?環(huán)境質量的一個重要特征是最差限制律，即整體環(huán)境的質量不是由環(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)得到補償?因此，環(huán)境諸要素之間是不能相互替代的?例如，一個區(qū)域的空氣質量優(yōu)良，聲環(huán)境質量較好，但水體污染嚴重，則該區(qū)域的總體環(huán)境質量就由水環(huán)境質量所決定?要改善該區(qū)域的整體環(huán)境質量，就要首先改善該區(qū)域的水環(huán)境質量?

(4) 環(huán)境要素的等值性?任何一個環(huán)境要素，對于環(huán)境質量的限制，只有當它們處于最差狀態(tài)時，才具有等值性?也就是說，各個環(huán)境要素，無論它們本身在規(guī)模或數(shù)量上如何不同，但只要是一個獨立的要素，那么它們對環(huán)境質量的限制作用并無質的差別?如前所述，對一個區(qū)域來說，屬于環(huán)境范疇的空氣?水體?土地等均是獨立的環(huán)境要素，無論哪個要素處于最差狀態(tài)，都制約著環(huán)境質量，使總體環(huán)境質量變差?

(5) 環(huán)境要素變化之間的連鎖反應?每個環(huán)境要素在發(fā)展變化的過程中，既受到其他要素的影響，同時也影響其他要素，形成連鎖反應?例如，由溫室效應引起的大氣升溫，將導致干旱?洪澇?沙塵暴?颶風?泥石流?土地荒漠化?水土流失等一系列自然災害?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?

1.1.3地球環(huán)境的構成

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基礎?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) 大氣圈的結構?

①對流層?對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范圍內更為明顯?在對流層里，氣溫隨高度增加而下降，平均遞減率為6.5℃/km，空氣由上而下進行劇烈的對流，使大氣能充分混合，各處空氣成分比例相同，稱為均質層?

②平流層? 位于對流層頂，上界高度為50~55km?在這一層內，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_-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，這是因為所有波長小于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1000℃以上?電離層能使無線電波反射回地面，這對遠距離通信極為重要?

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，地球引力場的束縛也大大減弱，大氣物質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層?

在大氣圈的這五個層次中，與人類關系最密切的是對流層，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組成的混合物?大氣中，除去液體顆粒和懸浮固體雜質的混合氣體，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%，在濕潤地區(qū)可高達6%?大氣中的水汽含量雖然不大，但對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構成的綜合水體，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)與生活活動關系最為密切?

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，構成各種水體，如海洋?河流?湖泊?水庫?冰川等?通常情況下，一個水體就是一個完整的生態(tài)系統(tǒng)，包括其中的水?懸浮物?溶解物?底質和水生生物等，此時我們又稱其為水環(huán)境?它們在各種形態(tài)之間和各種水體之間不斷地轉化和循環(huán)，形成水的大循環(huán)和相對穩(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，我國青藏高原的地殼厚度達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化層，它是地表中多種硅酸鹽礦與豐富的水?空氣長期作用的結果，為陸地植物的生長提供了基礎?另外，經(jīng)過植物根部作用，動植物尸體及排泄物的分解產(chǎn)物及微生物的作用，進一步風化形成現(xiàn)在的土壤，土壤是地球陸地表面生長植物的疏松層，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才能有生命存在?因此，我們也可以把有生命存在的整個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

對人類而言，環(huán)境功能是環(huán)境要素及由其構成的環(huán)境狀態(tài)對人類生產(chǎn)和生活所承擔的職能和作用，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，生命活動的基本特征是生命體與外界環(huán)境的物質交換和能量轉換?空氣?水和食物是人體獲得物質和能量的主要來源?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

環(huán)境是人類從事生產(chǎn)與社會經(jīng)濟發(fā)展的資源基礎?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，當資源的蘊藏量為零時，就達到了耗竭狀態(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率保持?恢復或增加蘊藏量的自然資源，如太陽能?大氣?森林?農作物以及各種野生動植物等?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?更新?再生，甚至不斷增長?而不合理的開發(fā)利用，會導致可再生過程受阻，使蘊藏量不斷減少，以致枯竭?例如，水土流失或鹽堿化導致土壤肥力下降，農作物減產(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率?有些可再生資源不受人類活動影響，當代人消費的數(shù)量不會使后代人消費的數(shù)量減少，如太陽能?風力等?

3. 對廢物具有消化和同化能力(環(huán)境自凈能力)

人類在進行物質生產(chǎn)或消費的過程中，會產(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?擴散?揮發(fā)?沉降等)?化學(氧化和還原?化合和分解等)?生物降解等途徑來消化?轉化這些廢物?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)境質量就不會受到損害?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性質有關?環(huán)境空間越大，環(huán)境對污染物的自凈能力就越大，