第十六章 人与地球

第十讲 人类与地球系统 第十六章人与地球 • 地球物质和能量系统运动的直接结果，就是造 成地球环境的变迁。 • 地球系统运动使环境发生变迁的主要运动形式 有：灾变性的环境变迁，如地震、火山爆发、 台风、洪水、泥石流、滑坡、塌陷等；渐变性 的环境变迁，如新构造活动、海平面上升、沙 漠推进、气候改变等。 • 根据地球系统的统一性原理，可以知道地球系 统的运动形式有其自身发生、发展和演化规 律，影响我国环境系统的主要因素来自以下几 个方面： 一、地球系统的运动 对人类活动的影响 • 环太平洋构造带 环太平洋构造带是地球物 质和能量系统运动现最为活跃的地区，这 一地区的火山、地震活动相当频繁。由于这 一地区的地理条件优越，经济极为发达，因 而灾害性的物质运动形式也给人类的建设乃 至生命保障带来巨大的威胁。地震和火山活 动频繁是环太平洋构造带的主要灾害，火山 爆发给人类造成的直接危害远远小于地震， 但火山爆发给自然环境造成的危害却远远大 于地震。火山喷发时除了喷出大量的岩浆和 火山灰以外，有时还喷出大量有毒气体，如 CO、SO2、NH3等 • 新构造活动频繁是该区另一种主要 的地质作用，构造活动可以使地面变 形，建筑物遭到破坏；不断扩张的弧 后盆地在接受沉积的同时持续下降是 西太平洋地壳运动的主要规律，造成 相对海平面的上升，并改变了该区的 洋流系统。洋流系统和季风系统是影 响气候的主要因素，并决定了黑潮暖 流的强度和台风活动的频率。 • 特提斯构造带 特提斯构造带西起地 中海沿岸，经喜马拉雅山向东南亚方 向延伸。是影响我国南方的主要构造 体系。由于印度板块不断地向北运 动，造成青藏高原的持续隆升，对整 个大气环流系统及周边水系的发育和 环境的变迁产生了巨大的影响，如西 南暖湿气流的形成，长江流向的改变 等。此外，因河流的强烈切割形成了 高山峡谷地貌，崩塌、滑坡、泥石流、 雪崩等也是这一地区经常发生的灾害。 • 盛行西风带 位于南北纬30°～60° 范围内，由于地球自转受科氏力的影 响所形成的优势西风，是影响我国北 方气候的主要因素。强劲持续的盛行 西风使我国西北地区形成大面积的沙 漠，并不断地受到沙漠化进程加剧的 严重威胁。 地球系统的运动 对人类活动的影响 地球的物质和能量系统的运动对人类活动产生的巨大影响，迫使人类改变自己的生活方式，去适应环境的要求。 有证据表明，最古老的猿人化石主要分布在青藏高原周围，因 此我国著名学者黄汲清先生就认为，人类之所以走出森林是因 为青藏高原的隆起，恶劣的自然环境迫使古人类不得不离开自 己的家园，重新寻找适合自己生存的地方。 由于地球物质的运动，地球表面各地 区的环境状况不断发生改变。 伤心的骆驼再也找不到昔日清冽的甘 泉，茫茫戈壁哪里还有生命之源？ • 灾变性的环境变迁往往给人类带来重大的经济损失，甚至严重威胁了人类的生 命安全。地震是严重的威胁人类生命安 全的一种灾变，汶川地震夺去了近10万 人的生命，唐山地震夺去了24万人的生 命，1556年发生在陕西华县的地震夺去 了83万人的生命。公元79年意大利的维 苏威火山爆发，附近的庞培等三座古城 被火山灰所掩埋，1650后发掘出的庞培 古城仍可以看见来不及逃离居民的惊恐 神色。 • 人类对付渐变性的环境变迁基本有两种 方式： • 一是因地制宜，寻找就地解决的办法， 求得发展之之路； • 二是“三十六计走为上”，干脆一走了之。 中国西部可以发现许多被遗弃的古城在 历史中都曾经繁盛一时，如新疆的楼兰 古城、内蒙的黑城等等。正是由于风沙 肆虐，正是由于风沙肆虐，夺去了人类 生存的最基本条件－－水，迫使人类不 得不离开自己的家园，使昌盛一时的丝 绸之路逐渐地衰落。 古楼兰遗址——三间房 这棵树已经伫立在楼兰古国三千八百多年了，也许它亲眼目睹了当年商贾穿行的繁荣景象；也许它亲身感受了几千年的沙暴肆虐。也许再用不了多久，人们连这棵树的影子都看不到了！ 大夏废都——统万城 • 历史上的黄河经常发生洪泛和改道，黄 泛区的农民大多建造一些简易的住房， 一但洪水来临，他们便弃家而逃。等到 洪水退去，他们再重返家园，开始新的 生活。 蒙古族人则根据草场的生长情况不断迁徙 新疆的吐鲁番地区由于年降雨量很低，蒸发量很 大，地表水严重缺乏，但地下水还比较丰富，因 此这里的人民就发明了坎儿井的特殊水利。 • 大的突发性的灾变性事件，人类往 往是无能为力的，只有尽量减少灾 害的损失。对于一些突发性的，小 范围的灾变事件，有些是可以预防 和回避的，如台风、泥石流和滑坡 等，人类可以通过防范措施把损失 减少到最少的程度。 飓风到来之前 飓风刮过之后 二、人类与地球系统的联系 • 人类是依附于地球的高级动物，他的所有活 动都离不开地球。人类活动的足迹几乎遍布 了大陆的每一个角落，而且正在加快向海洋 进军的步伐，因此人类与地球物质能量系统 有着千丝万缕的联系，人类与地球系统的物 质与能量的交换也在不停地进行着。 • 自然界的地质作用是一种非常缓慢的过程， 相隔百年的同一地方，在自然地质作用中几 乎没有明显的变化，人类却可以在极短的时 间里改变一个地区的面貌。 1、人类从地球系统中 获得所需的物质和能量 原始人类已经认识了各种岩石的 不同性质，并用于不同的工具， 然后学会了辨别矿石和冶炼技术。 但原始人类的这些活动对地球的 影响是微乎其微的。 • 工业革命以后的近200年来，人类从地球 系统中采掘了大量的煤、石油、天然气、 建筑材料和其它金属、非金属矿产，用 以支持人类活动的各种需要，而且采掘 量在迅速地增长。 • 人类在开采有用矿产的同时也改变了地 球系统的物质和能量的分布，其所及范 围可以深入到地壳5千米以下的深处。为 了从地壳中获取1吨的矿石，需要同时采 出约2－3吨的废料，对一些稀有的矿 种，这个比例更是大得惊人。 • 1900前 1900—40 41—80 80—2000 总量 • 铁矿/(1×109吨) 4.0 6.2 20.4 26.6 57.2 • 煤矿/(1×109吨) 9.0 47.5 94.0 80.0 230.5 • 石油/(1×109吨) 0.26 4.5 56.2 62.1 123.0 • 天然气/(1×1012m3) － 1.3 25.8 35.0 62.1 • 铝土矿/(1×109吨) － 0.37 1.63 2.0 4.0 世界采掘最多的几类矿产及其采掘加速的情况 油田在进行二次、三次采油时，需要同时注入大 量的水、蒸汽和化学物质，或采用高压或爆破致 裂技术来增加石油的产量，这些措施都直接影响 到地球物质和能量系统的平衡。 2、人类在工程技术活动中 对地球系统的影响 • 人类在改变自己的生存条件时，也在 不知不觉地改变着地球的物质和能量系 统的平衡，城市和工厂建设、道路和水 利工程等一些工程技术活动，对地球的 表层系统有很大的影响，同时也影响了 自然地质过程的进行。 城市和工厂建设的占地面积很大，如北京市的占地面积大约 1.62万平方千米。在2000年世界上的各种人类工程建筑占整个大 陆面积的15％，这些建筑人为地改变了地貌景观、土壤和植被的 发育，水圈的循环。如城市覆盖使地下水得不到充分的补给，使 地下水位下降，城市地面沉降。 城市和工厂的建设和排污改变了周围环境，还会 改变大气的成分，使城市上空的粉尘、烟雾、硫 化物含量增加，造成城市热岛效应等等。 • 道路和水利工程的建设也使地球的 物质和能量系统平衡发生发生很大 的变化，铁路的建设及其护路防洪 设施，可以造成铁路两侧水系的改 变，从而改变了河流的地质作用过 程和地貌景观。 水库的建设不 但使库区的地 表和地下水系 发生很大变 化，还增加了 库区地壳的载 荷，甚至诱发 地震。 • 原始人类已有穴居的本领，但对地质 作用过程并没有多大的影响。现代的 地下工程建筑已经具有相当的规模， 如日本的海底隧道长达54千米、德国 的地下建筑达45万平方千米。北京市 的地下空间资源已经进入商业性的开 发，并为此制定了专门的法规。地下 建筑不仅改变了地下物质的分布，也 改变了地壳的应力状态。 3、人类的农业活动 人类的农业活动不仅对地壳上面的土壤层进行改造，同时 也改变了活动区的生态环境。人类在种植粮食或其它作物 时，对土壤进行耕作、灌溉、施肥等活动，使土壤的成分 发生了改变，也加速了风化作用的进程。受到人类改造的 土壤每年超过6000立方千米。 • 人类在开垦荒地时既重新塑造了地 貌景观，也使生态环境发生了变化。 如一些水土容易流失的地区修造梯 田，使水土得以较好地保持。而在 一些草原地区的过分开垦，却造成 了土地的荒漠化。 三、人类的地质作用 • 人类与地球物质和能量系统的联系实 际上也是一种外动力地质作用过程， 可以分为以下几个主要方面：破坏地 球表层物质、搬运破坏产物、改变物 质和能量系统平衡等三个方面。 1、破坏地球表层物质 • 在采掘固体矿产，开采石油、天然气和地 下水，建设地下工程的过程中，人类破坏 了地壳的结构和构造，破坏了地壳各部分 之间的联系，使岩石发生解体，加速了风 化过程的进行这些过程的影响程度越来越 大，造成的破坏也越来越严重。其作用类 似于外动力地质作用过程风化过程和侵蚀 过程。破坏大气中的臭氧层，形成臭氧空 洞，危害人类健康。捕杀野生动物，乱砍 滥伐森林，破坏生态平衡。 被砍伐的森林在诉说着什么？ 2、搬运被破坏产物 • 人类在获取有用矿产时，在运走有 用矿产的同时，也将废弃物搬运到 一定的位置。为了使生产能够顺利 进行，在工程建设时破坏物也都按 照工程的要求进行重新塑造，搬运 到指定位置。因此人类活动中所破 坏的地壳物质，或近、或远绝大部 分都经过人类的搬运。 3、改变物质和能量系统平衡 • 农业施肥、采油注水、工程灌浆、工业排污等人 类生产活动都影响地壳的物质平衡，粉尘、废气 的排放也改变了大气的成分； • 地下建筑物该变了地壳的应力状态，地表及地下 水系的改变等在改变地球的物质平衡时也使地球 的能量系统发生了变化。 • 人类的活动还可以形成一些新的物质，如煤炭开 采中废弃的煤矸石堆积成黑色的小山，人类生活 垃圾填埋形成层状、透镜状的“文化层”，工业粉 尘降落形成特殊的泥层等等，这些物质经过地质 作用之后可以形成新的岩石类型。 • 改变地表的形态，形成各种人为景观，如围海造 田、山坡梯田、人工水库等。 四、人类在地球系统中的作用 人类在经历了自然环境不断恶化的痛苦之后，终于清楚地认 识到，我们只有一个地球，保护地球是人类永恒的主题。随 着科学技术的不断发展，人类在大自然面前已不再是无能为 力的，而且可以在地球的物质和能量系统中充分发挥自己的 作用，使自然环境逐渐地进入良性循环。 1、人类的行为 • 人类在认识自然和改造自然的过程 中，可以通过规范人类自己的行为， 按照自然规律去改造自然，减少对自 然环境的破坏。中国目前把“可持续发 展”作为二十一世纪议程，就是要充分 考虑在发展中减少对环境的破坏，使 地球的物质和能量系统可以在正常的 范围里运转，以利于经济的持续发展。 控制人口 目前世界人口总数已经超过60亿，人口的急 剧膨胀已经使地球难以承受，控制人口成为21 世纪的主要问题。人口问题包括人口生物问 题，人口社会问题，人口经济问题等，其中尤 为重要的是人口的资源消耗和人与环境的问题。 过快的人口增长不仅要消耗大量的地球资源， 对环境进行破坏，还会产生诸如教育、就业等 社会问题。中国是世界人口大国，人口问题尤 为严重，经过了20几年的努力，人口过快的增 长速度已经得到了抑制。中国人口得增长率虽 然在逐年下降，但人口总数仍在增加，这种状 况需要几代人的努力才能有所改变。 中国人口情况变化图 合理利用资源 自然资源绝大部 分是不能再生 的，人类必须合 理地使用资源， 否则给子孙后代 留下的将是一个 贫瘠的地球。 • 在能源的使用方面，人类可以减少使 用污染严重的能源，提倡使用太阳能、 风能、水能等洁净能源。 • 资源方面必须遵循合理利用的原则， 使资源的使用量达到最低的。尤 其像煤和石油等既可以作为能源，又 可以作为其它工业原材料的资源，更 应该合理地加以利用。 减少对自然环境的破坏 • 减少对自然环境的破坏，在人类的各种 工程技术活动中尽量减少对自然环境的 破坏。对自然环境的破坏改变了地球系 统之间的相互关系，而且所造成的破坏 一般都是不可逆的，并常常是朝着对人 类有害的方向发展。设立自然保护区， 使一些未遭人类严重破坏的地区得到有 效地保护。 减少污染 人类可以通过生产过程的综合利用，生活垃圾的分类回 收，关闭污染严重的工厂等手段，减少各种工业的、农业 的、生活的废弃物的排放。严格执行环境保护的有关措 施，使各种废弃物的排放量减少到可以自然净化的范围里。 2、发挥人类的能动性 • 人类在充分认识自然、了解地球物质 和能量系统的运动规律之后，了解各 种自然过程的形成、发展和演化规 律，就可以发挥人类的能动作用，改 善自然环境，使之朝着有利于人类的 良性循环方向发展，减少自然灾害带 来的损失，并及时地加以预报、控 制，达到减灾的目的。 • 1990年代国际减灾十年的主要任务，是降低 自然灾害造成的损失。 • 目前人类对大气的运动规律及灾害性天气的形成 已经可以比较准确地预报，在灾害性天气到来之 前人类可以做好防洪、抗旱等应急的准备，这就 大大降低了灾害性天气给人类造成的损失。 • 山体滑坡、泥石流等地质灾害人类也已经可以比 较准确地预测，这对减少灾害的损失起到了很大 的作用。 • 依靠对海平面上升的规律研究，人类可以通过建 设围海大堤，防止海水对耕地和城市的入侵。 一些地方病的形成往往是某些元 素的异常增加或缺少，了解各种 元素的地球化学特征及元素的分 布、迁移规律，并通过各种调控 手段可以有效地防止和控制地方 病的发生。 • 随着卫星定位技术的发展，监测大洋 板块的扩张和俯冲速率正在成为事 实，如果能够掌握大洋板块的运动变 化特征与地震活动之间的规律，就可 以作出比较准确的地震预报。相信在 不远的将来，地震预报也会象天气预 报一样可靠，那时地震给人类造成的 损失就会大大减小。 全球卫星定位系统 GPSGPS • 人类的力量可以使荒漠化得到有效的控 制，如中国的三北防护林体系有效地控 制了风沙的肆虐，榆林人在与风沙的顽 强抗争中，迫使风沙在人类面前低下了 头，并逐步地后退。只要通过几代人的 不懈努力，荒漠化的进程最终将会得到 控制。恢复一些曾经遭受人类破坏的地 区的原来面貌，如退耕还林或退耕还牧 等，使区域的物质和能量系统得以运 转，恢复生态平衡。 三北防护林体系 人类可以在局部 地区实施人工降 雨，改变小环境 气候，对缓解旱 情，扑灭森林火 灾起到了很大的 作用。 • 合理地分配水资源，可以使环境得到改 善。陕北的小流域综合治理已经取得了 良好的效果，治理区里的水土不再严重 地流失；三峡工程建成之后，将使长江 中下游受益匪浅；南水北调工程，将在 更大的范围里对水资源的利用进行有效 的调控。 保 护 地 球！