人類進(jìn)步與環(huán)境代價

——綠色化學(xué)關(guān)注的問題孫立廣（中國科技大學(xué)極地環(huán)境研究室）人類進(jìn)步與環(huán)境代價

——綠色化學(xué)關(guān)注的問題1一、引言從綠色革命到綠色科技

20世紀(jì)60年代“綠色革命”的結(jié)果：農(nóng)作物高產(chǎn)高產(chǎn)水稻品種化肥大量使用烈性農(nóng)藥水土污染、肥力降低水荒一、引言從綠色革命到綠色科技化肥大量使用烈性農(nóng)藥水土污染、肥21987年聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展大會發(fā)表了著名的《布倫特蘭報告》(BrundtlandReport)

可持續(xù)發(fā)展：“在滿足當(dāng)代人需要的同時，不損害人類后代的滿足其自身需要的能力?！?987年聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展大會發(fā)表了著名的《布倫特蘭報告》(3導(dǎo)致1.

1992年巴西里約聯(lián)合國環(huán)發(fā)大會將清潔生產(chǎn)納入“廿一議程”，各國政府首腦會議;導(dǎo)致2.

環(huán)境科學(xué)思維的劃時代轉(zhuǎn)變：從單純的環(huán)境防護(hù)到可持續(xù)發(fā)展，到原子經(jīng)濟(jì)性，從源頭上控制污染物來源。導(dǎo)致1.1992年巴西里約聯(lián)合國環(huán)發(fā)大會將清潔生產(chǎn)納入“廿4二、從綠色化學(xué)角度重新審視傳統(tǒng)概念

《資源》傳統(tǒng)：生產(chǎn)資料或生活資料的天然來源，包含礦產(chǎn)資源、能源、水資源、生物資源、土壤和大氣資源。綠色化學(xué)：“資源也是廢棄物、污染物的來源?！倍?、從綠色化學(xué)角度重新審視傳統(tǒng)概念《資源》5《污染物》傳統(tǒng)：指人類直接或間接的生產(chǎn)活動產(chǎn)生的導(dǎo)致破壞生物資源、危害人體健康、降低大氣、水土使用量的那部分物質(zhì)。綠色化學(xué)：污染物是尚待利用的寶貴資源與能源，每一個垃圾場都是一個資源和能源的富礦?！段廴疚铩?“綠色科技”承擔(dān)著完成這個轉(zhuǎn)變的任務(wù)。

回收1300萬噸垃圾/年150萬噸可利用廢料有機廢料Au、Ag、Cu（純度99．9%）沼氣“綠色科技”承擔(dān)著完成這個轉(zhuǎn)變的任務(wù)。Au、Ag、Cu（純度7資源評價：以礦床評價為例

傳統(tǒng)的要領(lǐng)是：礦床的儲量、品位、礦床形態(tài)、深度是礦床評價的基本因素。綠色科技的角度來看：還是要考慮，可綜合利用的元素，暫時不可利用的有害、有用和無害元素的種類和數(shù)量以及它們作為開采廢棄物對環(huán)境的破壞程度。中國礦產(chǎn)資源的分布和開發(fā)問題。資源評價：以礦床評價為例傳統(tǒng)的要領(lǐng)是：礦床的儲量、品位、礦8礦渣、脈石中元素的綜合利用：進(jìn)步與代價新疆的小煤窯；塞里木湖的污染；攀枝花的鉻鐵礦；銅陵銅礦礦渣、脈石中元素的綜合利用：9工程決策的科學(xué)性和必要性

扭轉(zhuǎn)“北煤南運”

1966年—1987年長江以南小型煤礦產(chǎn)量達(dá)1億噸，1993年發(fā)現(xiàn)為了保證長江以南中小城市環(huán)境質(zhì)量控制在國家二級標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)，必須將硫品位控制在職1.32%以下?！澳纤闭{(diào)”與扭轉(zhuǎn)“南糧北調(diào)”工程決策的科學(xué)性和必要性扭轉(zhuǎn)“北煤南運”10人類進(jìn)步與環(huán)境代價——綠色化學(xué)關(guān)注的問題課件11人類進(jìn)步與環(huán)境代價——綠色化學(xué)關(guān)注的問題課件12人類進(jìn)步與環(huán)境代價——綠色化學(xué)關(guān)注的問題課件13大煉鋼鐵、大躍進(jìn)西部大開發(fā)

了解自然資源現(xiàn)狀，開發(fā)石油天然氣，把整個西部變成中國的國家公園，保護(hù)生態(tài)、退耕還林、退耕還草，宜林則林、宜草則草，西部開發(fā)需要綠色化學(xué)的保障。大煉鋼鐵、大躍進(jìn)14三、環(huán)境代價：人類活動在南極的歷史記錄三、環(huán)境代價：人類活動在南極的歷史記錄15人類進(jìn)步與環(huán)境代價——綠色化學(xué)關(guān)注的問題課件161.大氣溫室氣體的濃度變化1850年的280ppm上升到1998年的365ppm.1.大氣溫室氣體的濃度變化1850年的280ppm上升到1917南極CH4濃度變化

表.法爾茲半島不同環(huán)境近地面大氣CH4濃度觀測結(jié)果（1999年與2000年夏季）觀測區(qū)域樣品數(shù)CH4濃度范圍（ppbv）CH4濃度均值（ppbv）標(biāo)準(zhǔn)偏差（ppbv）退潮海藻帶82373~20202119.6122.7企鵝活動區(qū)191836~24832077.5157.7人類活動區(qū)231835~20922016.785.0內(nèi)陸無人區(qū)141727~18351778.452.4苔蘚植被區(qū)541550~18351719.630.1地衣植被區(qū)101651~17721720.838.3

南極CH4濃度變化表.法爾茲半島不同環(huán)境近地面大氣CH418南極N2O濃度變化南極N2O濃度變化192.南極臭氧洞的變化

南極哈雷灣站觀測的10月份平均氣柱O3總量2.南極臭氧洞的變化南極哈雷灣站觀測的10月份平均氣柱O201970年的一天，保羅·格森教授發(fā)現(xiàn)肥料和超音速飛機釋放的氮氧化物可能對臭氧層造成破壞。他的研究提醒人類開始關(guān)注頭頂上那根本看不著的臭氧層的變化。4年后，羅蘭德和簡·莫里納教授也證實了氟里昂在大氣中分裂并釋放出破壞臭氧層的氯原子，滅火劑中的哈龍也在破壞臭氧層。這3位科學(xué)家因發(fā)現(xiàn)了危及人類生存的重大問題，而獲得1995年的諾貝爾化學(xué)獎。1970年的一天，保羅·格森教授發(fā)現(xiàn)肥料和超音速飛機釋放的氮21變化的原因

大氣動力學(xué)太陽黑子活動NO2+O3→NO3+O2人類活動（汽車、噴氣式飛機尾氣、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)）NOX（NO、NO2、N2O）O+NO2→NO+O2O3+NO→NO2+O2

總反應(yīng)：O+O3→2O2變化的原因大氣動力學(xué)22氟里昂的使用Farman（1985)提出氯催化化學(xué)反應(yīng)能破壞南極O3層：Cl+O3→ClO+O2ClO+NO→NO2+ClO+NO2→NO+O2O+O3→2O2

氟里昂的使用23南極O3和N2O濃度關(guān)系

南極1999南極2000南極O3和N2O濃度關(guān)系南極1999243.過去3000年糞土中Pb的歷史記錄

3.過去3000年糞土中Pb的歷史記錄25過去2000年Hg的歷史記錄與人類文明海豹毛中的Hg過去2000年Hg的歷史記錄與人類文明海豹毛中的Hg26海豹毛中的Hg&Se拮抗關(guān)系

海豹毛海豹糞土海豹毛中的Hg&Se拮抗關(guān)系海豹毛海豹糞土27湖泊沉積的210Pb、137Cs定年與沉積速率表15-5南極阿德雷島湖泊沉積物中210Pb、137Cs的含量深度（cm）210Pb（Bq/Kg）226Ra（Bq/Kg）137Cs（Bq/Kg）Y2湖G湖Y2湖G湖Y2湖G湖0.0-1.075.10169.2026.0046.5024.2040.301.0-2.076.90186.6046.8052.8026.6063.902.0-3.0124.30127.4039.6043.1025.1032.503.0-4.064.10154.8030.2049.2027.30

4.0-5.0121.0067.3037.9032.6040.80

5.0-6.0112.2045.0036.7037.6037.40

6.0-7.079.4034.5022.2038.2034.40

7.0-8.074.8046.1023.3046.5025.70

8.0-9.0130.80/36.20/45.90

9.0-10.0109.2048.4035.8046.1035.80

10.0-11.097.00

35.80

51.10

11.0-12.0186.90

46.90

48.20

12.0-13.074.90

31.70

58.30

13.0-14.074.60

61.00

51.90

14.0-15.075.00

27.40

32.70

引自孫立廣等（2001）湖泊沉積的210Pb、137Cs定年與沉積速率表15-5南28Pb-210定年P(guān)b-210定年29Cs-137定年Cs-137定年30有機難降解農(nóng)藥在冰緣沉積物中的分布

NRX有機難降解農(nóng)藥在冰緣沉積物中的分布NRX31人類進(jìn)步與環(huán)境代價——綠色化學(xué)關(guān)注的問題課件324.南極站區(qū)的污染狀態(tài)

(1)能源問題

4.南極站區(qū)的污染狀態(tài)

(1)能源問題

33人類進(jìn)步與環(huán)境代價——綠色化學(xué)關(guān)注的問題課件34人類進(jìn)步與環(huán)境代價——綠色化學(xué)關(guān)注的問題課件35(2)運載系統(tǒng)的尾氣污染(3)建筑材料的銹蝕(4)垃圾處理系統(tǒng)(5)污水處理系統(tǒng)(6)食物殘體(2)運載系統(tǒng)的尾氣污染365.綠色化學(xué)在南極環(huán)境維護(hù)中的研究目標(biāo)綠色石油化學(xué)環(huán)境催化研究低溫下可降解高分子材料研究防止火災(zāi)的環(huán)保建筑材料及防腐油漆的研究5.綠色化學(xué)在南極環(huán)境維護(hù)中的研究目標(biāo)綠色石油化學(xué)37謝謝！謝謝！38演講完畢，謝謝觀看！演講完畢，謝謝觀看！39人類進(jìn)步與環(huán)境代價

——綠色化學(xué)關(guān)注的問題孫立廣（中國科技大學(xué)極地環(huán)境研究室）人類進(jìn)步與環(huán)境代價

——綠色化學(xué)關(guān)注的問題40一、引言從綠色革命到綠色科技

20世紀(jì)60年代“綠色革命”的結(jié)果：農(nóng)作物高產(chǎn)高產(chǎn)水稻品種化肥大量使用烈性農(nóng)藥水土污染、肥力降低水荒一、引言從綠色革命到綠色科技化肥大量使用烈性農(nóng)藥水土污染、肥411987年聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展大會發(fā)表了著名的《布倫特蘭報告》(BrundtlandReport)

可持續(xù)發(fā)展：“在滿足當(dāng)代人需要的同時，不損害人類后代的滿足其自身需要的能力?！?987年聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展大會發(fā)表了著名的《布倫特蘭報告》(42導(dǎo)致1.

1992年巴西里約聯(lián)合國環(huán)發(fā)大會將清潔生產(chǎn)納入“廿一議程”，各國政府首腦會議;導(dǎo)致2.

環(huán)境科學(xué)思維的劃時代轉(zhuǎn)變：從單純的環(huán)境防護(hù)到可持續(xù)發(fā)展，到原子經(jīng)濟(jì)性，從源頭上控制污染物來源。導(dǎo)致1.1992年巴西里約聯(lián)合國環(huán)發(fā)大會將清潔生產(chǎn)納入“廿43二、從綠色化學(xué)角度重新審視傳統(tǒng)概念

《資源》傳統(tǒng)：生產(chǎn)資料或生活資料的天然來源，包含礦產(chǎn)資源、能源、水資源、生物資源、土壤和大氣資源。綠色化學(xué)：“資源也是廢棄物、污染物的來源?！倍?、從綠色化學(xué)角度重新審視傳統(tǒng)概念《資源》44《污染物》傳統(tǒng)：指人類直接或間接的生產(chǎn)活動產(chǎn)生的導(dǎo)致破壞生物資源、危害人體健康、降低大氣、水土使用量的那部分物質(zhì)。綠色化學(xué)：污染物是尚待利用的寶貴資源與能源，每一個垃圾場都是一個資源和能源的富礦?！段廴疚铩?5“綠色科技”承擔(dān)著完成這個轉(zhuǎn)變的任務(wù)。

回收1300萬噸垃圾/年150萬噸可利用廢料有機廢料Au、Ag、Cu（純度99．9%）沼氣“綠色科技”承擔(dān)著完成這個轉(zhuǎn)變的任務(wù)。Au、Ag、Cu（純度46資源評價：以礦床評價為例

傳統(tǒng)的要領(lǐng)是：礦床的儲量、品位、礦床形態(tài)、深度是礦床評價的基本因素。綠色科技的角度來看：還是要考慮，可綜合利用的元素，暫時不可利用的有害、有用和無害元素的種類和數(shù)量以及它們作為開采廢棄物對環(huán)境的破壞程度。中國礦產(chǎn)資源的分布和開發(fā)問題。資源評價：以礦床評價為例傳統(tǒng)的要領(lǐng)是：礦床的儲量、品位、礦47礦渣、脈石中元素的綜合利用：進(jìn)步與代價新疆的小煤窯；塞里木湖的污染；攀枝花的鉻鐵礦；銅陵銅礦礦渣、脈石中元素的綜合利用：48工程決策的科學(xué)性和必要性

扭轉(zhuǎn)“北煤南運”

1966年—1987年長江以南小型煤礦產(chǎn)量達(dá)1億噸，1993年發(fā)現(xiàn)為了保證長江以南中小城市環(huán)境質(zhì)量控制在國家二級標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)，必須將硫品位控制在職1.32%以下?！澳纤闭{(diào)”與扭轉(zhuǎn)“南糧北調(diào)”工程決策的科學(xué)性和必要性扭轉(zhuǎn)“北煤南運”49人類進(jìn)步與環(huán)境代價——綠色化學(xué)關(guān)注的問題課件50人類進(jìn)步與環(huán)境代價——綠色化學(xué)關(guān)注的問題課件51人類進(jìn)步與環(huán)境代價——綠色化學(xué)關(guān)注的問題課件52大煉鋼鐵、大躍進(jìn)西部大開發(fā)

了解自然資源現(xiàn)狀，開發(fā)石油天然氣，把整個西部變成中國的國家公園，保護(hù)生態(tài)、退耕還林、退耕還草，宜林則林、宜草則草，西部開發(fā)需要綠色化學(xué)的保障。大煉鋼鐵、大躍進(jìn)53三、環(huán)境代價：人類活動在南極的歷史記錄三、環(huán)境代價：人類活動在南極的歷史記錄54人類進(jìn)步與環(huán)境代價——綠色化學(xué)關(guān)注的問題課件551.大氣溫室氣體的濃度變化1850年的280ppm上升到1998年的365ppm.1.大氣溫室氣體的濃度變化1850年的280ppm上升到1956南極CH4濃度變化

表.法爾茲半島不同環(huán)境近地面大氣CH4濃度觀測結(jié)果（1999年與2000年夏季）觀測區(qū)域樣品數(shù)CH4濃度范圍（ppbv）CH4濃度均值（ppbv）標(biāo)準(zhǔn)偏差（ppbv）退潮海藻帶82373~20202119.6122.7企鵝活動區(qū)191836~24832077.5157.7人類活動區(qū)231835~20922016.785.0內(nèi)陸無人區(qū)141727~18351778.452.4苔蘚植被區(qū)541550~18351719.630.1地衣植被區(qū)101651~17721720.838.3

南極CH4濃度變化表.法爾茲半島不同環(huán)境近地面大氣CH457南極N2O濃度變化南極N2O濃度變化582.南極臭氧洞的變化

南極哈雷灣站觀測的10月份平均氣柱O3總量2.南極臭氧洞的變化南極哈雷灣站觀測的10月份平均氣柱O591970年的一天，保羅·格森教授發(fā)現(xiàn)肥料和超音速飛機釋放的氮氧化物可能對臭氧層造成破壞。他的研究提醒人類開始關(guān)注頭頂上那根本看不著的臭氧層的變化。4年后，羅蘭德和簡·莫里納教授也證實了氟里昂在大氣中分裂并釋放出破壞臭氧層的氯原子，滅火劑中的哈龍也在破壞臭氧層。這3位科學(xué)家因發(fā)現(xiàn)了危及人類生存的重大問題，而獲得1995年的諾貝爾化學(xué)獎。1970年的一天，保羅·格森教授發(fā)現(xiàn)肥料和超音速飛機釋放的氮60變化的原因

大氣動力學(xué)太陽黑子活動NO2+O3→NO3+O2人類活動（汽車、噴氣式飛機尾氣、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)）NOX（NO、NO2、N2O）O+NO2→NO+O2O3+NO→NO2+O2

總反應(yīng)：O+O3→2O2變化的原因大氣動力學(xué)61氟里昂的使用Farman（1985)提出氯催化化學(xué)反應(yīng)能破壞南極O3層：Cl+O3→ClO+O2ClO+NO→NO2+ClO+NO2→NO+O2O+O3→2O2

氟里昂的使用62南極O3和N2O濃度關(guān)系

南極1999南極2000南極O3和N2O濃度關(guān)系南極1999633.過去3000年糞土中Pb的歷史記錄

3.過去3000年糞土中Pb的歷史記錄64過去2000年Hg的歷史記錄與人類文明海豹毛中的Hg過去2000年Hg的歷史記錄與人類文明海豹毛中的Hg65海豹毛中的Hg&Se拮抗關(guān)系

海豹毛海豹糞土海豹毛中的Hg&Se拮抗關(guān)系海豹毛海豹糞土66湖泊沉積的210Pb、137Cs定年與沉積速率表15-5南極阿德雷島湖泊沉積物中210Pb、137Cs的含量深度（cm）210Pb（Bq/Kg）226Ra（Bq/Kg）137Cs（Bq/Kg）Y2湖G湖Y2湖G湖Y2湖G湖0.0-1.075.10169.2026.0046.5024.2040.301.0-2.076.90186.6046.8052.8026.6063.902.0-3.0124.30127.4039.6043.1025.1032.503.0-4.064.10154.8030.2049.2027.30

4.0-5.0121.0067.3037.9032.6040.80

5.0-6.0112.2045.0036.7037.6037.40