1、12. 物理學與環(huán)境資源物理學與環(huán)境資源人類的環(huán)境問題與環(huán)境科學人類的環(huán)境問題與環(huán)境科學環(huán)境污染環(huán)境污染環(huán)境是人類賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)。環(huán)境是人類賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)。 以人類與環(huán)境這對矛盾的雙方為研究對象以人類與環(huán)境這對矛盾的雙方為研究對象, ,研究其對研究其對立與統(tǒng)一關(guān)系的發(fā)生和發(fā)展立與統(tǒng)一關(guān)系的發(fā)生和發(fā)展, ,調(diào)節(jié)、控制和利用環(huán)境資源。調(diào)節(jié)、控制和利用環(huán)境資源。人類活動過程中不斷向環(huán)境排放污染物質(zhì)人類活動過程中不斷向環(huán)境排放污染物質(zhì), 并超過了環(huán)境的并超過了環(huán)境的自凈能力，造成環(huán)境污染，不利于人群健康和對環(huán)境資源自凈能力，造成環(huán)境污染，不利于人群健康和對環(huán)境資源的利用，。的利用，。大氣污

2、染大氣污染 正常空氣組分：正?？諝饨M分：N278.08%，O220.95%, Ar0.93%, CO20.03%, 這四種成分占空氣總量的這四種成分占空氣總量的99.99%。 空氣中還有微量的惰性氣體空氣中還有微量的惰性氣體, 如氦如氦(He)氖氖(Ne) 氪氪(Kr)等，還有極微量的臭氧等，還有極微量的臭氧(O3) 一氧化氮一氧化氮(NO) 二氧化氮二氧化氮(NO2)等。等。(1)(1)粉塵污染粉塵污染(2)(2)硫化物硫化物(3)(3)氧化物氧化物(4)(4)氮氧化物氮氧化物(5)(5)鹵化物鹵化物大氣大氣污染污染物的物的來源來源水污染水污染海水污染海水污染地表水污染地表水污染水資源是指現(xiàn)

3、在或?qū)硪磺锌捎糜谏a(chǎn)和生活的地表面和水資源是指現(xiàn)在或?qū)硪磺锌捎糜谏a(chǎn)和生活的地表面和地下水源。地下水源。估計地球上水的總量為估計地球上水的總量為13.6億立方千米億立方千米, 其中其中97.3%是不能是不能直接飲用或工業(yè)用的海洋咸水直接飲用或工業(yè)用的海洋咸水, 淡水只占淡水只占2.7%。 水是人類賴以生存的基本物質(zhì)條件之一水是人類賴以生存的基本物質(zhì)條件之一, 水對于人類水對于人類生產(chǎn)和生活起著重要作用。生產(chǎn)和生活起著重要作用。 水是生命起源及延續(xù)的必要水是生命起源及延續(xù)的必要條件。條件。土壤污染與沙漠化土壤污染與沙漠化沙漠化沙漠化白色污染白色污染 土壤由礦物質(zhì)土壤由礦物質(zhì)有機物質(zhì)有機物質(zhì)(

4、主要是有機物質(zhì)和土壤微主要是有機物質(zhì)和土壤微生物生物)水和空氣組成水和空氣組成, 因此土壤是十分復雜的系統(tǒng)。因此土壤是十分復雜的系統(tǒng)。 當某些污染物質(zhì)在土壤中積累到一定程度當某些污染物質(zhì)在土壤中積累到一定程度, 超出了土超出了土壤的自凈能力時壤的自凈能力時, 就會破壞原來的生態(tài)平衡就會破壞原來的生態(tài)平衡, 造成土壤污造成土壤污染。染。大氣中破壞臭氧的化學物質(zhì)大氣中破壞臭氧的化學物質(zhì)化學物質(zhì)化學物質(zhì)用途用途在大氣中的在大氣中的平均壽命平均壽命(年年)在造成問題的在造成問題的原因中的相對原因中的相對重要性重要性(%)CFC-11冷卻劑，霧化冷卻劑，霧化劑，起泡劑劑，起泡劑6028CFC-12冷卻劑

5、，霧化冷卻劑，霧化劑，起泡劑劑，起泡劑13047CFC-13溶劑溶劑905四氯化碳四氯化碳溶劑溶劑5015甲基氯仿甲基氯仿溶劑溶劑72海龍（商用聚四海龍（商用聚四氟乙烯）氟乙烯）1211冷卻劑，起泡冷卻劑，起泡劑劑251海龍（商用聚四海龍（商用聚四氟乙烯）氟乙烯）1301滅火劑滅火劑1102南極上空的臭氧層分布南極上空的臭氧層分布一一. 人類面臨的環(huán)境資源問題人類面臨的環(huán)境資源問題 資源緊缺資源緊缺 環(huán)境污染環(huán)境污染 全球變暖全球變暖 自然災害頻發(fā)自然災害頻發(fā)資源及環(huán)境問題將成為制約社會發(fā)展的主要因素資源及環(huán)境問題將成為制約社會發(fā)展的主要因素!如何應對如何應對? 物理學在其中的作為物理學在其中

6、的作為?二二. 不可再生資源緊缺與發(fā)展需求不可再生資源緊缺與發(fā)展需求 地球表面與外星球監(jiān)測地球表面與外星球監(jiān)測（資源衛(wèi)星遙感，光學多波段掃（資源衛(wèi)星遙感，光學多波段掃描成像分析，探月衛(wèi)星，深海探測描成像分析，探月衛(wèi)星，深海探測-錳結(jié)核礦）錳結(jié)核礦） 地表成像，土地資源（長江口沖積灘涂，水土流失）地表成像，土地資源（長江口沖積灘涂，水土流失） 礦物資源探測（石油，礦物資源）礦物資源探測（石油，礦物資源） 森林資源（面積，生長情況與災害）森林資源（面積，生長情況與災害） 資源的節(jié)約、回收與再利用資源的節(jié)約、回收與再利用（貴金屬，有色金屬，橡膠）（貴金屬，有色金屬，橡膠） 新材料的研發(fā)與替代新材料的

7、研發(fā)與替代（高分子合成材料，納米材料）（高分子合成材料，納米材料）三三. 環(huán)境污染與可持續(xù)發(fā)展環(huán)境污染與可持續(xù)發(fā)展環(huán)境大氣與水污染的監(jiān)測：環(huán)境大氣與水污染的監(jiān)測：- 顆粒物，化學物，酸雨，放射性顆粒物，化學物，酸雨，放射性 物理（力、電、光、熱、分子原子物理方法，激光物理（力、電、光、熱、分子原子物理方法，激光光譜學方法），化學方法，生物方法光譜學方法），化學方法，生物方法污染降低與整治污染降低與整治-改進生產(chǎn)技術(shù)與工藝，減少污染改進生產(chǎn)技術(shù)與工藝，減少污染能源污染（煤，油，核，水，太陽）能源污染（煤，油，核，水，太陽）生產(chǎn)過程污染（冶煉，造紙，皮革，畜牧，農(nóng)業(yè)，化學）生產(chǎn)過程污染（冶煉，造紙

8、，皮革，畜牧，農(nóng)業(yè)，化學）生活污染（污水處理排放）生活污染（污水處理排放）污染物的處理污染物的處理- 物理（電，光，熱，分子物理（電，光，熱，分子）、化學、）、化學、生物方法，生物方法， （例如：水（例如：水-金屬離子，電子產(chǎn)品金屬離子，電子產(chǎn)品-重金屬）重金屬）對于：電磁輻射污染問題、放射性物質(zhì)污染等問題，對于：電磁輻射污染問題、放射性物質(zhì)污染等問題，無知是最可怕的！無知是最可怕的！正確認識、對待與處理。沒有必要恐慌！正確認識、對待與處理。沒有必要恐慌！四四. CO2排放全球氣候變暖排放全球氣候變暖隨著人類活動的加劇，產(chǎn)生大量溫室氣體隨著人類活動的加劇，產(chǎn)生大量溫室氣體CO2二氧化碳積聚在地

9、球表面使地表散熱困難，造成地球氣溫二氧化碳積聚在地球表面使地表散熱困難，造成地球氣溫不斷增高。不斷增高。冰川消融導致水平面上升，相鄰地區(qū)面臨洪水威脅。冰川消融導致水平面上升，相鄰地區(qū)面臨洪水威脅。聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署將今年世界環(huán)境日的主題確定為聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署將今年世界環(huán)境日的主題確定為“冰川冰川消融，后果堪憂消融，后果堪憂”全球氣候變暖每年造成青藏高原全球氣候變暖每年造成青藏高原7%的冰川融化。的冰川融化。 如果溫如果溫度繼續(xù)上升，度繼續(xù)上升，50年后喜瑪拉雅山脈將不再有冰雪。年后喜瑪拉雅山脈將不再有冰雪?！毕铂斚铂斃派綑M貫巴基斯坦、印度、中國、尼泊爾和不丹，綿延拉雅山橫貫巴基斯坦、印度、中國

10、、尼泊爾和不丹，綿延2400公里，山上的冰川是亞洲的公里，山上的冰川是亞洲的9條大河及下游條大河及下游13億人的億人的生命之源生命之源-亞洲水塔。亞洲水塔。溫室效應溫室效應溫室氣體溫室氣體: :空氣中的微量氣體空氣中的微量氣體, ,主要是水蒸氣和二氧化碳。主要是水蒸氣和二氧化碳。 由于大氣中的二氧化碳由于大氣中的二氧化碳氣體易吸收長波輻射氣體易吸收長波輻射, ,所以所以太陽的短波輻射可以透過大太陽的短波輻射可以透過大氣層射入地面氣層射入地面, ,而地面溫度而地面溫度增高所放出的長波熱輻射增高所放出的長波熱輻射, ,卻被大氣中的二氧化碳氣體卻被大氣中的二氧化碳氣體吸收吸收, ,難以逸出高空難以逸

11、出高空, ,最終導最終導致地球氣溫變暖致地球氣溫變暖, ,地球上的地球上的一切好比處在溫室中一樣一切好比處在溫室中一樣, ,稱為稱為溫室效應。溫室效應。假如沒有溫室氣體假如沒有溫室氣體來自太陽來自太陽的輻射的輻射10050被地面被地面吸收吸收50以紅外形以紅外形式再輻射式再輻射70來自地球的來自地球的紅外輻射紅外輻射空間空間-19-19地球地球大氣大氣:正常的正常的氮和氧沒有氮和氧沒有溫室氣體溫室氣體20大氣吸收并大氣吸收并由紅外形式由紅外形式再輻射出去再輻射出去30大氣大氣反射反射地面地面反射反射255存在溫室氣體的情況存在溫室氣體的情況來自太陽來自太陽的輻射的輻射10030255大氣大氣地

12、球地球+1450地面吸收地面吸收120紅外紅外輻射輻射 7020大氣吸收并大氣吸收并以紅外形式以紅外形式再輻射出去再輻射出去大氣大氣反射反射地面地面反射反射50紅外紅外輻射輻射 12060溫室氣體吸溫室氣體吸收并再輻射收并再輻射出去的紅外出去的紅外輻射輻射來自地球的來自地球的紅外輻射紅外輻射70空間空間-1960溫室溫室氣體氣體 人們的衣食住行，凡是要用錢的東西都在消耗能源。人們的衣食住行，凡是要用錢的東西都在消耗能源。從直觀角度看：從直觀角度看：1度電相當于度電相當于0.997千克二氧化碳，千克二氧化碳，而以日待機時間而以日待機時間16小時計算，一臺普通電腦年耗電小時計算，一臺普通電腦年耗電

13、277.4度，約相當于度，約相當于276.6千克二氧化碳千克二氧化碳 上海普通有車白領(lǐng)碳排放量驚人，一年超過上海普通有車白領(lǐng)碳排放量驚人，一年超過10噸。噸。而中國內(nèi)地人均碳排放量是而中國內(nèi)地人均碳排放量是2.7噸。噸。 減排從生活細節(jié)做起減排從生活細節(jié)做起家用電器，交通工具，生活與辦公用品，可再生資源家用電器，交通工具，生活與辦公用品，可再生資源節(jié)約與利用。節(jié)約與利用。歐美發(fā)達國家在這方面的認識和行動在世界前列。歐美發(fā)達國家在這方面的認識和行動在世界前列。五五.自然災害的防范自然災害的防范 氣象監(jiān)測預報：衛(wèi)星，雷達，探空氣球，地面監(jiān)測系統(tǒng)氣象監(jiān)測預報：衛(wèi)星，雷達，探空氣球，地面監(jiān)測系統(tǒng)（電磁

14、學，光學，熱力學，無線電發(fā)生與接收）（電磁學，光學，熱力學，無線電發(fā)生與接收） 光學光學/射電望遠鏡（哈博望遠鏡），星際探測器射電望遠鏡（哈博望遠鏡），星際探測器 地震監(jiān)測（振動、波動監(jiān)測，地下水成分監(jiān)測）地震監(jiān)測（振動、波動監(jiān)測，地下水成分監(jiān)測） 海嘯預報（次聲波產(chǎn)生與傳播）海嘯預報（次聲波產(chǎn)生與傳播） 山體滑坡，隧道、橋梁，建筑物傾斜，形變，解體（電阻山體滑坡，隧道、橋梁，建筑物傾斜，形變，解體（電阻應變原理，光學精密測量原理，監(jiān)測微小位移和形變）應變原理，光學精密測量原理，監(jiān)測微小位移和形變）藥方：節(jié)能，降耗，減排藥方：節(jié)能，降耗，減排幾個認識誤區(qū)：幾個認識誤區(qū)：資源節(jié)約與再生技術(shù)復雜，成本高，降耗空間已非常有限，無大利可資源節(jié)約與再生技術(shù)復雜，成本高，降耗空間已非常有限，無大利可圖圖新能源一定是比現(xiàn)有能源成本低，否則沒有意義，難以發(fā)展新能源一定是比現(xiàn)有能源成本低，否則沒有意義