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第14章 环境与人类(5)

(3)洪涝、干旱及其他气象灾害

气候变暖导致的气候灾害增多可能是一个更为突出的问题。全球平均气温略有上升,就可能带来频繁的气候灾害,如过多的降雨、大范围的干旱和持续的高温。

有科学家根据气候变化的历史数据,推测气候变暖可能破坏海洋环流,引发新的冰河期,给高纬度地区造成可怕的气候灾难。

(4)影响人类健康

气候变暖有可能加大疾病危险和死亡率,增加传染病。高温会给人类的循环系统增加负担,热浪会引起死亡率的增加。由昆虫传播的疟疾及其他传染病与温度有很大的关系,温度升高可能使许多国家疟疾、淋巴腺丝虫病、血吸虫病、黑热病、登革热、脑炎增加或再次发生。在高纬度地区,这些疾病传播的危险性可能会更大。

(5)气候变化及其对我国的影响

从中外专家的一些研究结果来看,总体上,我国冬季的变暖趋势将强于夏季;在北方和西部的温暖地区以及沿海地区,降雨量将会增加;长江、黄河等流域的洪水暴发频率会更高;东南沿海地区台风和暴雨也将更为频繁;春季和初夏,许多地区干旱加剧,干热风频繁,土壤蒸发量上升。农业是受影响最严重的部门,温度升高将延长生长期,减少霜冻;当然,CO2的“肥料效应”会增强光合作用,对农业产生有利影响,但土壤蒸发量上升、洪涝灾害增多和海水侵蚀等也将造成农业减产。气候变化对草原畜牧业和渔业的影响总体上是不利的。海平面上升最严重的影响是增加了风暴潮和台风发生的频率和强度,海水入侵和沿海侵蚀也将引起经济和社会的巨大损失。

全球气候系统非常复杂,影响气候变化因素非常多,涉及太阳辐射、大气构成、海洋、陆地和人类活动等诸多方面。对气候变化趋势,在科学认识上还存在不确定性,特别是对不同区域气候的变化趋势及其具体影响、危害,还无法作出比较准确的判断。但从风险评价角度而言,大多数科学家断言,气候变化是人类面临的一种巨大环境风险。

4.控制气候变化的国际行动和对策

为了控制温室气体排放和气候变化危害,1992年联合国环发大会通过《气候变化框架公约》,提出到90年代末使发达国家温室气体的年排放量控制在1990年的水平。1997年在日本京都召开的缔约国第二次大会通过了《京都议定书》,规定了6种受控温室气体,明确了各发达国家削减温室气体排放量的比例,并且允许发达国家之间采取联合履约的行动。发展中国家温室气体的排放尚不受限制。

从当前温室气体产生的原因和人类掌握的科学技术手段来看,控制气候变化及其影响的主要途径是制定适当的能源发展战略,逐步稳定和削减排放量,增加吸收量,并采取必要的适应气候变化的措施。

控制温室气体排放的途径主要是改变能源结构,控制化石燃料使用量,增加核能和可再生能源使用比例,提高发电和其他能源转换部门的效率,提高工业生产部门的能源使用效率,降低单位产品能耗,提高建筑采暖等民用能源效率,提高交通部门的能源效率,减少森林植被的破坏,控制水田和垃圾填埋场排放CH4等,由此来控制和减少CO2等温室气体的排放量。

增加温室气体吸收的途径主要有植树造林和采用固碳技术。其中,固碳技术指把燃烧气体中的CO2分离、回收,然后深海弃置和地下弃置,或者通过化学、物理以及生物方法固定。固碳技术的技术原理是清楚的,但能否成为实用技术还是未知数。适应气候变化的措施主要是培养新的农作物品种,调整农业生产结构,规划和建设防止海岸侵蚀的工程等。

各国政府可能采取的政策手段,一是实行直接控制,包括限制化石燃料的使用和温室气体的排放,限制砍伐森林;二是应用经济手段,包括征收污染税费,实施排污权交易(包括各国之间的联合履约),提供补助资金和开发援助;三是鼓励公众参与,包括向公众提供信息,进行教育、培训等。

今后可供选择的技术主要有节能技术、生物能技术、CO2固定技术等。面对全球气候变化问题,发达国家已把开发节能和新型能源技术列为能源战略的重点,如美国能源部已把开发高效能源技术和减排温室气体列为中心任务,致力于开发各种先进发电技术及其他面向21世纪的远景能源技术。

2.4.2O3层的耗损与破坏

在离地球表面10~50km的大气平流层中集中了地球上90%的O3气体,在离地面25km处O3浓度最大,形成了厚度约为3mm 的O3集中层,称为O3层。它能吸收太阳的紫外线,保护地球上的生命免遭过量紫外线的伤害,并将能量贮存在上层大气,起到调节气候的作用。但O3层是一个很脆弱的大气层,如果进入一些破坏O3的气体,它们就会和O3发生化学作用,O3层就会遭到破坏。O3层被破坏,将使地面受到紫外线辐射的强度增加,给地球上的生命带来很大的危害。研究表明,紫外线辐射能破坏生物蛋白质和核酸,造成细胞死亡,使人类皮肤癌发病率增高;伤害眼睛,导致白内障而使眼睛失明。紫外线可抑制植物如大豆、瓜类、蔬菜等的生长,并穿透10m 深的水层,杀死浮游生物和微生物,从而危及水中生物的食物链和自由氧的来源,影响生态平衡和水体的自净能力。

1.什么是O3

太阳是一个巨大的热体,表面温度高达6000℃,是地球取之不尽的能量来源。

我们都知道,人类肉眼可以看到的“赤橙黄绿青蓝紫”的七彩光是可见光范围的太阳辐射,实际上到达地面的太阳光还有红外线和紫外线等。太阳辐射的紫外光中有一部分能量极高,如果到达地球表面,就可能破坏生物的蛋白质和基因物质,造成细胞破坏和死亡。然而,自然的力量改变了这一过程,地球的大气层就像一个过滤器、一把保护伞,将太阳辐射中的有害部分阻挡在大气层之外,使地球成为人类可爱的家园。而完成这一工作的,就是今天已经妇孺皆知的“O3层”。

O3与我们熟知的氧气是“亲兄弟”,只是O3由三个氧原子构成,而氧气由两个氧原子构成。由于O3和氧气之间的平衡,大气中形成了一个较为稳定的O3层,这个O3层的高度大约在距离地面表面15~25km处。O3层对太阳的紫外辐射有很强的吸收作用,能有效阻挡对地表生物有伤害的紫外线。因此,实际上可以说,是在O3层形成之后,才有了生命在地球上的生存、延续和发展。

2.南极O3空洞

在大气中,O3层是极其脆弱的。如果在0℃的温度下,沿着垂直的方向将大气中的O3全部压缩到一个大气压,那么O3层的总厚度只有3mm 左右。

科学家最早是在南极地区发现严重的O3层破坏。南极是一个非常寒冷的地区,终年被冰雪覆盖,四周环绕着海洋。在过去10~15年间,每到春天,南极上空平流层的O3都会发生急剧的大规模耗损。极地上空O3层的中心地带,近95%的O3已被破坏。从地面向上观测,高空的O3层已极其稀薄,与周围相比像是形成了一个“洞”,直径上千千米,“O3洞”就是因此而得名的。1987年10月,南极上空的O3浓度下降到了1957-1978年间的一半,O3洞面积则扩大到足以覆盖整个欧洲大陆。从那以后,O3浓度下降的速度还在加快,有时甚至减少到只剩30%。O3洞的面积也在不断扩大,1994年10月O3洞曾一度蔓延到了南美洲最南端的上空。

近年来,O3洞的深度和面积等仍在继续扩展,1995年观测到的O3洞的天数是77天,到1996年几乎南极平流层的O3全部被破坏,O3洞发生天数增加到80天。

1997年至今,科学家进一步观测到O3洞发生的时间也在提前,1998年O3洞的持续时间超过100天,是南极O3洞发现以来的最长记录,而且O3洞的面积比1997年增大约15%,几乎相当三个澳大利亚的面积。这一迹象表明,南极O3层的状况正在恶化之中。

3.O3洞是怎样形成的

O3洞一经发现,立即引起科学界及整个国际社会的震动。最初对南极O3洞的出现有三种不同的解释。一种解释认为这是底层含O3少的空气被风吹到平流层的天然结果;第二种解释认为,南极O3洞形成是宇宙射线在高空生成氮氧化物的自然过程。美国两位科学家Monila 和Rowland 提出了第三种解释:正是人类的活动造成了今天的O3洞,元凶就是我们现在所熟知的氟利昂和哈龙。

越来越多的科学证据否定了前两种假说,而证实氟利昂和哈龙产生的Cl 和Br在平流层通过化学过程破坏O3,是造成南极空洞的主要原因。那么氟利昂和哈龙是怎样进入平流层,又是如何引起O3层破坏的呢?我们知道,就重量而言,人为释放的氟利昂和哈龙的分子虽然都比空气重,但它们在底层几乎不与任何分子发生反应,因此不能通过一般的大气化学过程去除。经过一两年的时间,这些物质于全球范围内在对流层分布均匀,然后主要在热带地区上空被大气环流带入平流层,风又将它从低纬度地区向高纬度地区输送,在平流层内混合均匀。在平流层内,强烈的紫外线照射使氟利昂和哈龙发生分子解离,释放出原子状态的高活性的F、CL和Br,它们对O3层的破坏是以催化剂的方式进行的。据估算,一个氯原子可以破坏104~105个O3分子,而由哈龙释放的溴原子对它的破坏能力是氯原子的30~60倍。而且,Cl原子和Br原子还存在协同作用,即两者同时存在时,破坏O3的能力要大于两者的简单加和。

南极O3空洞的形成是包含大气化学、气象学的三维复杂过程,但根源是地球表面人为活动产生的氟利昂和哈龙。氟利昂和哈龙在大气中的寿命很长,一旦进入大气就较难去除,这意味着它们对O3层的破坏会持续一个漫长的过程。

4.O3层保护

氟利昂是美国杜邦公司20世纪30年代开发的一个引为骄傲的产品,它被广泛用于制冷剂、溶剂、塑料发泡剂、气溶胶喷雾剂及电子清洗剂等。哈龙在消防等行业发挥着重要作用。当科学家令人信服地揭示出人类活动已经造成O3层严重损耗的时候,“补天”行动非常迅速。实际上,现代社会很少有一个科学问题像“大气O3层”这样由激烈的反对、不理解,迅速发展到全人类采取一致行动来加以保护的。

在1985年,也就是Monlina 和Rowland 提出氯原子O3层损耗机制后11年,同时也是南极O3洞发现的当年,由联合国环境署发起、通过的保护O3层的维也纳公约,首次在全球建立了共同控制O3层破坏的一系列原则方针。1987年,大气O3层保护的重要历史性文件《蒙特利尔议定书》获得通过。该议定书规定了保护O3层的受控物质种类和淘汰时间表,要求到2000年全球的氟利昂量削减一半,并制定了针对氟利昂类物质生产、消耗、进口及出口等的控制措施。由于进一步的科学研究显示大气O3层损耗的状况更加严峻,1990年通过了《蒙特利尔议定书》伦敦修正案,1992年通过了哥本哈根修正案,其中受控物质的种类再次扩充,完全淘汰的日程也一次次提前。

从这里我们不仅可以看到人类日益紧迫的步伐,而且也发现,即使如此努力地弥补我们上空的“O3洞”,但由于从大气中除去O3层损耗物质十分困难,预计即使采用哥本哈根修正案,也要在2050年左右才能使平流层氢原子浓度下降到临界水平以下。到那时,我们上空的“O3洞”可望开始恢复。O3层保护是近代史上一个全球合作十分典型的范例。这种合作机制将成为人类的财富,并为解决其他重大问题提供经验。

2.4.3生物多样性减少

《生物多样性公约》指出,生物多样性“是指所有来源的形形色色的生物体,这些来源包括陆地、海洋和其他水生生态系统及其所构成的生态综合体;它包括物种内部、物种之间和生态系统的多样性。”在漫长的生物进化过程中会产生一些新的物种,同时,生态环境条件的变化也会使一些物种消失。所以说,生物多样性是在不断变化的。

近百年来,由于人口的急剧增加和人类对资源的不合理开发,加之环境污染等原因,地球上的各种生物及其生态系统受到了极大的冲击,生物多样性也受到了很大的损害。有关学者估计,世界上每年至少有5万种生物物种灭绝,平均每天灭绝的物种达140个。估计到21世纪初,全世界野生生物的损失可达其总数的15%~30%。在中国,由于人口增长和经济发展的压力、对生物资源的不合理利用和破坏,生物多样性所遭受的损失也非常严重,大约有200个物种已经灭绝,约有5000种植物在近年内已处于濒危状态,约占中国高等植物总数的20%,还有398种脊椎动物也处在濒危状态,约占中国脊椎动物总数的7.7%左右。因此,保护和拯救生物多样性以及这些生物赖以生存的生活条件,同样是摆在我们面前的重要任务。