全球變化及其對生物的影響第1頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)全球變化及其研究進展一、概念指由大氣圈、水圈、生物圈和巖石圈組成的地球環(huán)境系統(tǒng)發(fā)生了異常變化，對人類和生物的生存產生不良影響的環(huán)境變遷。第2頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月二、內容1、全球氣候變化及其效應：主要強調人類活動對氣候的影響及其效應。2、全球污染擴散及其效應：主要強調污染物的擴散及其對生物的毒害效應。第3頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月地球生態(tài)系統(tǒng)正逼近9大極限根據(jù)對地球系統(tǒng)的科學認識，研究小組確定了9個對人類生存至關重要的“地球生命支持系統(tǒng)”，并對目前人類的消耗水平和系統(tǒng)的“臨界點”進行了量化和評估。研究人員警告稱，一旦9個臨界點全部或者大部分被突破，人類生存環(huán)境將面臨“不可逆轉的變化”，此后的地球將不再像今天這樣的“和藹可親”。第4頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月1.海洋酸化

海洋酸化嚴重威脅到珊瑚礁的生存

指標：全球文石(也稱霰石，是一種亞穩(wěn)態(tài)的碳酸鈣)飽和度比率臨界點：2.75∶1工業(yè)化前水平：3.44∶1當前值：2.9∶1評估：本世紀中葉將有部分海洋超出警戒線，全球海洋淺層海水的pH值已由8.16下降到了8.05第5頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月2.臭氧濃度

臭氧層變薄與氣候變化間可能也存在著某種關聯(lián)指標：平流層臭氧濃度臨界點：276個多布森單位當前值：283個多布森單位評估：安全但亟待改善第6頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月3.淡水消耗量淡水資源匱乏已成為全球性問題

標準：淡水年消耗量臨界點：4000立方公里當前值：2600立方公里評估：本世紀中葉將達極限第7頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月4.生物多樣性生態(tài)多樣性遭到巨大破壞指標：百萬物種年滅絕數(shù)量臨界點：10當前值：100

評估：嚴重超標2009年底，國際自然保護聯(lián)盟的報告顯示，其評估的44838個物種中，有16928種達到了瀕臨滅絕的狀態(tài)，其中包括八分之一的鳥類、五分之一的哺乳動物、四分之一的珊瑚和三分之一的兩棲類動物第8頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月5.氮磷循環(huán)指標1：大氣年固氮量臨界點：350萬噸當前值：1210萬噸評估：嚴重超標指標2：海洋中所檢測到的年均磷流失量臨界點：1100萬噸當前值：90萬噸診斷：尚未超過第9頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月6.土地使用率指標：用于耕種的非凍土比例臨界點：15%當前值：12%

評估：本世紀中葉將達極限第10頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月7.二氧化碳濃度二氧化碳濃度已超過臨界點指標：大氣中二氧化碳濃度臨界點：350ppm(百萬分比濃度)工業(yè)化前水平：280ppm當前值：387ppm評估：超出極限第11頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月8.氣溶膠濃度

指標：尚無臨界點：未知因為來源不同、形成過程不同，對環(huán)境的影響也很難準確評估。例如，主體成分為硫酸鹽的氣溶膠會具有反射太陽輻射的作用，從而產生制冷效應；主體成分為煙塵的氣溶膠則會吸收太陽輻射，導致溫室效應。因此，就全球范圍而言，這些微粒的綜合作用目前還無法判斷，也無法給出臨界點。第12頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月9.化學污染人為排放和化學污染是人體健康的“殺手”指標：尚無臨界點：未知第13頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)溫室效應及其對生物的影響一、概念green-houseeffect：1、自然溫室效應：大氣層中的二氧化碳等氣體物質的大量聚集，可以吸收近地表的太陽長波輻射，并將其反射回地表，從而使地表增溫的現(xiàn)象。2、人為溫室效應：由于化石燃料燃燒、森林砍伐和工業(yè)活動等人類活動改變了大氣成分，破壞了自然溫室效應的熱平衡，導致全球氣候急劇變暖，從而成為一個全球環(huán)境問題，稱人為溫室效應。第14頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月二形成1、機理：

大氣層能透過太陽輻射的短波光，能反射和吸收從地面反射的長波光，阻擋地面的熱量向宇宙擴散，從而使地表增溫的現(xiàn)象。第15頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月第16頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月全球變暖問題主要指人為活動造成的溫室氣體增加，溫室效應增強帶來的氣候變化。人類活動對氣候變暖的影響主要表現(xiàn)為由于工業(yè)生產需要的化石燃料使用量大增，人口激增城市化發(fā)展等引起人為排放的二氧化碳等溫室氣體不斷增加；熱帶森林和溫帶植被破壞嚴重，光合作用吸收二氧化碳的能力減弱。第17頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月溫室氣體：大氣層中的有些微量氣體，可以讓太陽短波輻射自由通過，同時吸收地面發(fā)出的長波輻射。當它們在大氣中的濃度增加時，就會加劇溫室效應，引起地球表面和大氣層下沿溫度升高。這些氣體叫做溫室氣體。第18頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月2、溫室氣體的種類1）二氧化碳：由于大量使用煤、石油、天然氣等石化燃料，全球的二氧化碳正以每年約六十億噸的量增加，是造成溫室效應的主要氣體，對全球溫暖化的貢獻率達60%。第19頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月近千年來大氣CO2濃度的變化第20頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月第21頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月2）甲烷（CH4）：有機物發(fā)酵及物質不完全燃燒的過程會產生甲烷，主要來自牲畜、水田、掩埋場及機動車的排放。一個甲烷分子的增溫效應大約是一個二氧化碳分子的7.5倍。貢獻率達15-30%。第22頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月第23頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月3）氧化亞氮（N2O）：由燃燒石化燃料、微生物及化學肥料分解所排放。主要來源于天然源，即土壤中的硝酸鹽經細菌的脫氮作用而生成。貢獻率達5%。4）氯氟烴（氟里昂CFCs）：目前以CFC-11，CFC-12，CFC-113為主。使用于冷氣機、電冰箱的冷媒、電子零件清潔劑、發(fā)泡劑，是造成溫室效應的氣體。貢獻率達12%。一個氯氟烴分子的效應比一個二氧化碳分子大5000-10000倍。第24頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月5）臭氧（O3）：來自汽車等所排放的氮氧化物及碳氫化合物，經光化學作用而產生的氣體。貢獻率達8%。6）氫氟碳化合物、高氟碳化合物和六氟化硫。全部來源于人類的活動。第25頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月過去1000年大氣甲烷和N2O濃度的變化甲烷氧化亞氮第26頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月第27頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月三環(huán)境效應1、溫度升高，地球變暖1860年以來，全球地表年平均氣溫升高了0.3-0.6℃；根據(jù)跨政府氣候變化委員會預測，從1990到2100年，全球陸面氣溫將增加2℃；2、海平面上升如果全球變暖，溫度升高，海水膨脹，冰川融化，海平面上升，將使沿海低地淹沒3、影響農業(yè)生產正面影響：CO2濃度的增加和氣候變暖，增加植物光合作用和作物的生產力，延長生產季節(jié)，有利于產量提高。降水量增加，使世界可耕作范圍增加負面效應：中低緯內陸地區(qū)干旱加劇，農業(yè)將減產第28頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月1961-1990年均值10年滑動平均過去140年溫度變化紅柱—年平均，據(jù)器測數(shù)據(jù)；黑線—10年滑動平均；黑色區(qū)間線—95%的置信區(qū)間；

20世紀內地球表面平均溫度上升了0.60.2oC在北半球，20世紀90年代很可能是有器測記錄（1861）以來最熱的年代，1998年是有器測記錄以來最熱的一年；20世紀內兩次增溫期最為明顯：1910-1945，1976-2000。過去140年地球表面氣溫的變化結論第29頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月□就增溫的速度和持續(xù)時間而言，20世紀很可能是過去1000年中最強烈的世紀；□90年代可能是過去1000年中最熱的年代。過去1000年北半球的溫度變化←千年來地球表面氣溫的變化（北半球）紅線：年平均，據(jù)器測數(shù)據(jù)蘭線：年平均，據(jù)樹輪、珊瑚、冰芯、歷史文獻黑線：50年滑動平均灰線：95%的置信區(qū)間橫軸：1961-1990年的均值結論（北半球）：第30頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月4、生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生變化全球長期升溫，將導致由水熱條件控制的自然地帶向極地或偏高地區(qū)轉移，改變地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)。5、加劇洪澇、干旱及其它氣象災害可能帶來頻繁的氣象災害，部分地區(qū)降水過多，大范圍干旱和持續(xù)高溫將帶來大規(guī)模災害。6、影響人類健康極熱天氣頻率增加，心血管和呼吸道疾病增加。第31頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月第32頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月《框架公約》是世界上第一個為全面控制二氧化碳等溫室氣體排放，應對全球氣候變暖給人類經濟和社會帶來不利影響的國際公約，也是國際社會在應對全球氣候變化問題上進行國際合作的一個基本框架。此公約要求：到2000年發(fā)達國家把二氧化碳的排放量降回到1990年的水平，并向發(fā)展中國家提供資金和技術，以幫助發(fā)展中國家減少二氧化碳的排放量。據(jù)統(tǒng)計，目前已有190多個國家批準了《公約》

我們拿什么來援救全球的氣候？1992年6月各國政府通過了《聯(lián)合國氣候變化框架公約》（UNFCCC）第33頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月《京都議定書》明確規(guī)定，發(fā)達國家應在2008年—2012年間，使其溫室氣體的排放在1990年的基線上削減5.2％，其中美國削減7％，歐盟各國8％。限排的溫室氣體包括二氧化碳、甲烷、氧化亞氮、氫氟碳化物、全氟化碳和六氟化硫等

《京都議定書》需要占1990年全球溫室氣體排放量55％以上的至少55個國家和地區(qū)批準之后，才能成為具有法律約束力的國際公約。1997年通過了《京都議定書》第34頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月中國于１９９８年５月簽署并于２００２年８月核準了該議定書。歐盟及其成員國于２００２年５月３１日正式批準了《京都議定書》。目前已有１７０多個國家批準加入了該議定書。２００７年１２月，澳大利亞簽署《京都議定書》，至此世界主要工業(yè)發(fā)達國家中只有美國沒有簽署《京都議定書》。

２００５年２月１６日，《京都議定書》正式生效。這是人類歷史上首次以法規(guī)的形式限制溫室氣體排放。

第35頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月丹麥哥本哈根，聯(lián)合國氣候變化大會達成不具法律約束力的《哥本哈根協(xié)議》2009氣溫升幅限制:全球氣溫升幅應限制在攝氏2度以內。法律約束力:文本無明確列明，但附件中建議應在明年底前就協(xié)議內容達成具法律約束力的條約

對《京都議定書》存續(xù)問題無明確表示全球減排目標:全球溫室氣體排放量應盡快封頂，但未定下年限。

各國在2010年2月1日前，向聯(lián)合國提出2020年減排目標。未提及2050年減排目標。

第36頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月減排監(jiān)察

所有新興經濟體必須自我監(jiān)察減排進度，并每兩年向聯(lián)合國匯報。國際人員可以視察，前提是不損害國家主權。資金

發(fā)達國家將在2020年起，向發(fā)展中國家及小島國等提供1,000億美元(約7,757億港元)援助。未提及資金來源及使用方向。

未來3年內發(fā)達國將提供300億美元(約2,327億港元)，當中歐盟、日本及美國將聯(lián)合出資252億美元(約1,955億港元)其它

提供足夠資金限制森林砍伐

考慮透過碳市場達到減排目標第37頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月德班會議即2011年11月28日至12月9日，在南非德班召開的《聯(lián)合國氣候變化框架公約》第17次締約方會議暨《京都議定書》第7次締約方會議。大會最終通過決議，建立德班增強行動平臺特設工作組，決定實施《京都議定書》第二承諾期，并啟動綠色氣候基金。第38頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)臭氧層衰減及其對生物的影響（一）大氣層的結構對流層平流層：90%的臭氧中間層熱層逸散層第39頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月在離地面15－25千米的大氣平流層中，集中了大氣中約90％的臭氧，這一層大氣層稱為臭氧層。臭氧由三個氧原子組成，而且非常稀少；1千萬個大氣分子中只有三個臭氧分子。第40頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）變化的趨勢第41頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月臭氧層破壞南極臭氧層空洞——OzoneHole80年代觀測發(fā)現(xiàn)，自每年9月份下旬開始，南極洲上空的臭氧總量迅速減少一半左右，極地上空臭氧層的中心地帶，近90％臭氧被破壞，若從地面向上觀測，高空臭氧層已極其稀薄，與周圍相比象是形成了一個直徑上千公里的洞，稱為“臭氧洞”。第42頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月南極上空臭氧層變化

第43頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月看看地球臭氧層空洞

美國航空航天局用衛(wèi)星測繪出的南極臭氧層空洞，左圖是2001年臭氧層空洞圖像，雖然只有一個，但其面積比北美洲還大。右圖是2002年圖像，科學家首次發(fā)現(xiàn)臭氧層空洞居然一分為二。第44頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）臭氧層的破壞1、自然原因：太陽黑子爆炸時發(fā)出許多帶電質子，轟擊地球上層大氣，對臭氧層破壞；另外，南極上空的上升氣流把臭氧含量較高的中層大氣輸送到上層，從而降低了那里的含量。2、人為原因：冷凍劑、消毒劑、發(fā)泡劑和滅火劑等化學制品在使用時排放的氯氟烴使臭氧變成純氧從而破壞臭氧層。第45頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月最典型的是氯氟碳化合物即氟里昂（CFCs）和含溴化合物哈龍（Halons），證實氯和溴在平流層通過催化化學過程破壞臭氧是造成南極臭氧洞的根本原因。第46頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月

Cl+O3→ClO+O2ClO+O→Cl+O2

一個氯原子自由基可以破壞104—105個臭氧分子，而由Halon釋放的溴原子自由基對臭氧的破壞能力是氯原子的30—60倍。而且，氯原子自由基和溴原子自由基之間還存在協(xié)同作用，即二者同時存在時，破壞臭氧的能力要大于二者簡單的加和。

第47頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月（四）臭氧層減薄與地表紫外輻射增強

UV-A（320-400nm）：不能被吸收，也不造成危害UV-B（280-320nm）：對人和生物的危害最嚴重UV-C（200-280nm）：被極少量的臭氧吸收，不會到達地表1、臭氧層的作用臭氧層可以吸收太陽紫外輻射中對生物最有害的波長。UV-B（280-320nm）臭氧可以吸收太陽輻射，可以加熱大氣層。2、地表紫外輻射增強引起具有生物學效應的UV-B輻射增強第48頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月臭氧每減少1%，就會有額外2%的紫外輻射到達地球表面。第49頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月（五）紫外輻射增強對生物的影響1、對人體健康的影響：引發(fā)和加劇眼部疾病、皮膚癌和傳染性疾病

第50頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月2、對陸生植物的影響：過量的紫外輻射可使農作物如大豆、玉米、棉花、甜菜等的葉片受損，抑制其光合作用，導致減產，還能改變細胞內的遺傳基因和再生能力，使農產品質量劣化。第51頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月3、對水生生物的影響：浮游植物生產力下降與臭氧減少造成的UV-B輻射增加直接有關。浮游生物種類和數(shù)量的減少會影響魚類和貝類生物的產量。

UV-B輻射對魚、蝦、蟹、兩棲動物和其他動物的早期發(fā)育階段都有危害作用。最嚴重的影響是導致其繁殖力下降和幼體發(fā)育不全

第52頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月人們在為拯救臭氧層做哪些努力?1976年以來，一些發(fā)達國家如加拿大、瑞典等國呼吁各國停止使用氟里昂，并提出削減使用量。1985年，20多個國家在維也納簽署了“保護臭氧層國際公約”1987年，加拿大召開了保護臭氧層的國際大會，通過了“關于消耗臭氧層物質的蒙特利爾議定書”規(guī)定工業(yè)國家必須在2000年前停止使用和生產氟里昂，發(fā)展中國家則延遲10年。我國已經基本停止生產含氟氯烴的制冷設備第53頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月第54頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)酸雨及其對生物的影響1234～55～6.57

8.5～910～11121314酸

性

電

解

液檸檬

汁醋酸

雨正

常

雨

水蒸

餾

水

蘇

打

水氨

水堿

性

電

解

第55頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月1、定義：pH值小于5.6的降水。廣義的酸雨（酸沉降）包括干沉降：干沉降包括各種酸性氣體、酸性氣溶膠和酸性顆粒物。濕沉降即通常所說的酸雨。包括酸性雨、酸性霧、酸性露、酸性雪和酸性霜。第56頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月

北美死湖事件

美國東北部和加拿大東南部是西半球工業(yè)最發(fā)達的地區(qū)，每年向大氣中排放二氧化硫2500多萬噸。其中約有380萬噸由美國飄到加拿大，100多萬噸由加拿大飄到美國。七十年代開始，這些地區(qū)出現(xiàn)了大面積酸雨區(qū)。美國受酸雨影響的水域達3.6萬平方公里，23個州的17059個湖泊有9400個酸化變質。最強的酸性雨降在弗吉尼亞洲，酸度值（pH）1.4。紐約州阿迪龍達克山區(qū)，1930年只有4％的湖無魚，1975年近50％的湖泊無魚，其中200個是死湖，聽不見蛙聲，死一般寂靜。加拿大受酸雨影響的水域5.2萬平方公里，5000多個湖泊明顯酸化。多倫多1979年平均降水酸度值（pH）3.5，比藩茄汁還要酸，安大略省薩德伯里四周1500多個湖泊池塘漂浮死魚，湖濱樹木枯萎。著名的酸雨污染事件第57頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月西德森林枯死病事件原西德共有森林740萬公頃，到1983年為止有34％染上枯死病，每年枯死的蓄積量占同年森林生長量的21％多，先后有80多萬公頃森林被毀。這種枯死病來自酸雨之害。在巴伐利亞國家公園，由于酸雨的影響，幾乎每棵樹都得了病，景色全非。黑森州海拔500米以上的樅樹相繼枯死，全州57％的松樹病入膏肓。巴登符騰堡州的“黑森林”，是因樅、松綠的發(fā)黑而得名，是歐洲著名的度假圣地，也有一半樹染上枯死病，樹葉黃褐脫落，其中46萬畝完全死亡。漢堡也有3/4的樹木面臨死亡。當時魯爾工業(yè)區(qū)的森林里，到處可見禿樹、死鳥、死蜂，該區(qū)兒童每年有數(shù)萬人感染特殊的喉炎癥。

第58頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月酸雨率：一般把某地區(qū)的酸雨次數(shù)在降雨總次數(shù)中所占的比例稱為酸雨率。酸雨區(qū)的劃分，共為5級標準。pH酸雨率非酸雨區(qū)高于5.60～20％輕酸雨區(qū)5.30～5.6010％～40％中度酸雨區(qū)5.00～5.3030％～60％較重酸雨區(qū)4.70～5.0050％～80％為重酸雨區(qū)小于4.7070％～100%第59頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月我國其它酸雨區(qū)：1、珠江三角洲及其北部2、杭州灣第60頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月2SO2+O22SO3催化劑2NO+O22NO23NO2+H2O

2HNO3+NOSO3+H2O

H2SO4SO2+H2O

H2SO32H2SO3+O22H2SO42、酸雨形成機理第61頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月

排入大氣中的酸性物質被氧化后與雨滴作用，或在雨滴形成過程中同時被吸收與氧化雨滴降落過程中把酸性物質一起沖刷下來是否形成酸雨，取決于降水中酸性物質和堿性物質的相對比例，而不是絕對濃度第62頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月第63頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月

我國酸雨特點第64頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月酸雨的形成