使有的物种濒临绝迹,毁灭了一些具有驯化和引种条件的物种资源,影响了物种 驯化和引种工作的继续进行。在后来人类的更高发展阶段,驯化和引种的物种 很有限,这也与人类早期不自觉地毁灭物种资源有关。 奴隶社会创造了古代文明,但这种文明是很脆弱的。人类在荒漠中灌溉创 造了两河流域文明,然而一场战争就可以使水利失修,沙漠重新入侵,或许一场 瘟疫也可以使文明濒于绝境。因此,这一时期的文明在于怎样维持人类对自然 界的暂时胜利。 封建社会能维持比较稳定的农业社会和一定规模的工商业城市。这时的环 境问题主要是由于不合理开垦农田、采伐森林等等所导致的水土流失、河流泛 滥、风沙危害、土壤盐渍化等。在大的居住区已经发生家庭垃圾污染,并由此污 染浅层地下水。这些甚至成为另选新址重建居住地的原因之一。 随着资本主义的兴起,特别是近现代工业的发展除了上述那些对自然的破 坏继续存在外,还开始出现大量的高密度人口区(如都市、工矿区)和机械化、化 学化的大型农业。人类向环境中排放大量“三废物质(废水、废气废渣),引起 大规模的环境污染。因此,当前实际上同时存在着物种灭绝、自然生态破坏、环 境污染等多方面的环境问题。而且,前两种问题可以由后者引起。显然,此时环 境问题的影响已不限于一般地于扰人类的生产和生活,而是超出了人类在生理 上所能承受的影响范围危及到人体健康,并导致“公害病”的出现。正是在这种 情况下,现代环境问题才引起人们的高度关注。也正是在这种情况下,在许多学 科的边缘形成了一门新兴的多科性综合性学科—环境科学。 环境科学包括众多分支学科,如环境地学、环境生物学、环境化学、环境医 学、环境工程学等等。对什么是环境地学,目前尚无统一定义。多数学者的认识 为:环境地学是以人类一环境系统为研究对象,着重研究人类活动与环境的相互 作用和影响,并应用地球科学-系列分支学科的理论和方法来研究环境和管理 环境的学科。 人类-环境系统是由人类和地球表面环境构成的系统。目前,人类在地表 活动的范围越来越大,向下已进入地壳较深处,向上已达近地空间。广义地说, 人一地系统是由人类和地球表面构成的系统。地球科学和环境地学都以这个系 统为研究对象,所不同的是,地球科学研究此系统的全面性质,而环境地学只研 究环境作用于人类以及由于人类作用于环境所引起的环境对人类反作用而危害 人们生产和生活的那部分性质。 (二)环境地学的分支学科和内容 作为新兴学科的环境地学,其内容和学科体系尚未定形。目前已相对明确 的分支学科有:环境地质学、环境地球化学、环境地理学、污染气象学、环境水文 学、环境海洋潮沼学、环境土壤学等。也有人把环境地质学、地球化学以外的环
境地学分攴统称为环境地理学。 环境地质学是坏境科学与地质学之间的边缘学科,主要研究人类活动与地 质环境的相红作用:研究由地质閃素引起的环境问趑(如地震、火山喷发、海 山崩、泥石流等现代地质过程引起的人类环境灾害)和由人类活动引起的环境她 质问题(如包括化学污染引起的环境地质问题,大型水利工程建设引发地震等环 境地质问题,矿产资源开釆过程中引起的环境地质问题,以及城市化引起的地下 水超采等环境地质问题等)。 环境地球化学是环境科学与地球化学之间的边缘学科,主要研究天然的和 人为释放的化学物质在环境中的迁移转化规律及其与环境质量和人体健康的关 系。研究内容有三个方面:人类环境各子系统的地球化学性质,尤其是现代环 境的化学变化过程和趋势;污染物在环境中的迁移转化规律,进行这种研究有 助于更确切地评价环境质量和预测环境质量变化的趋势,有助于了解自然界对 污染物的净化能力和确定环境对污染物的可承受量等;环境中与生命有关的化 学物质对生物和人体使康的影响,包括地球表面化学元素分布不均导致的动、 植物和人体的生物地球化学地方病,这一部分内容与生物地球化学交叉,但环 境地球化学在这方面的任务不仅是研究现代环境化学组成的变化与生命体的化 学组成和人类健康的关系,而且还在更广阔的地质背景上研究宇宙元素、地壳 元素、海洋元素与生命元素的关系,研究生命过程的地球化学演化等问题。 环境地理学是环境科学与地理学之间的边缘学科,主要研究人-地系统结 构功能的变化和效应,即人类活动对地理环境结构功能的影响及其对人类生存 发展的反馈作用。其主要研究内容为:人类活动对地理环境整体及各要素的影 响;污染物的循环对地理环境的影响及其生态健康效应:地理环境整体及各要素 的环境质量评价;环境规划和区划等。 环境气象学是环境科学与现代气象学之间的边缘学科,主要研究大气运动 与大气中污染物的相互作用,即近地面层大气运动引起的污染物扩散、输送、迁 移、转化等物理和化学过程,以及大气污染对天气和气候的影响。目前它的研究 内容侧重于以下方面:大气运动对污染物扩散的影响,即各种成因的大气湍流运 动所引起的污染物扩散和再分配;气象因素对污染物化合和分解的作用,实际 上,气象因素为各种复杂的化学反应提供了光照、温度、湿度气压等外部反应条 件;大气污染对局部气候的影响;大气污染的全球效应等。 环境水文学是环境科学与水文学之间的边缘学科,王要研究河流、湖泊、地 下水、水库港湾、近海水域的水文条件与污染状况的关系及其对水域水质的影 响。研究内容包括污染物随水迁移的动力学,如扩散输送、沉淀等问题,以及影 响污染物化学转化、降解的水文因素等。也有人认为,环境水文学应重点研究地 下水化学成分和物理性质的变化、地下水的分布与形成规律等,这实际上有些偏
重于水文地质学的内容。 环境海洋湖沼学研究污染物在海洋、湖沼中分布、迁移和转化的规律,但重 点在海湾港口、湖湾和其他沿岸水域。它的研究内容包括:海洋、湖泊等水体中 污染物质通量的研究,即某种污染物在一定时间内通过各种途径排人水体的量; 污染物进入水体后的迁移转化规律,包括污染物被水体中物质的吸附和被生物 吸收后的迁移,以及由于化学、光化学、生物化学作用造成的形态变化等;海洋、 湖泊污染的生态效应,即低浓度污染物对水生生物的长期慢性毒性;在合理利用 水体自净能力的基础上,提出控制污染物通量的可行措施制定和选择沿岸工农 业布局的最佳方案。 环境土壤学主要研究人类活动引起的土壤环境质量变化以及这种变化对人 体健康、社会经济生态结构和功能的影响探索调节、控制和改善土壤环境质量 的途径和方法。环境土壤学的核心问题是认识土壤一植物系统的污染和净化功 能这一对矛盾的发生、发展、转化和统一的过程,以便采取措施使矛盾向有利于 人类的方向发展。它的主要研究内容包括:土壤环境背景值;土壤污染现状;土 壤及其边界环境中污染物的迁移、转化和分布规律;污染物对土壤持性的影响和 生态一经济效应;土壤一植物系统对主要污染物的净化功能反应动力学及其环 境条件;土壤环境质量基准和土壤环境容量等
第一章宇宙中的地球 第一节字宙和天体 、宇宙和天体 自古以来人们就在不断探索宇宙,它有多大,它是怎样形成的,又将怎样结 東?直到20世纪早期,人们都相信宇宙就像是个固定的空间舞台,恒星、行星及 其他天体在这个舞台上表演。 然而,到20世纪20年代,这种简单的图景发生了变化。1929年美国著名 天文学家爱德温哈勃利用光波的某种简单性质观测星光,当光源离开观测者远 去时,光波频率降低,观测到的可见光颜色稍稍变红,称为红移;当光源迎着观测 者而来时,接收到的频率增高,可见光变得较蓝,称为蓝移。哈勃的观测发现,来 自星系的光出现某种系统性的红移,即星系在离我们远去,并且光源越远,远去 的速度越快。 哈勃发现的实际上是宇宙的膨胀,只是宇宙并不是膨胀到任何“东西”里面 去,宇宙本身就包括了客观存在的全部空间和所有时间。 膨胀宇宙有三种形态。一是“开宇宙”,无限伸展且永远膨胀;二是“闭宇 宙”,是有限的,膨胀到一定程度后,最终往回收缩到一次“大坍聚”;两者之间的 分水岭是“临界宇宙”(图1-1-1)。 我们的宇宙正以极其接近于临界状态的方式膨胀着,但是我们目前难以肯 定的是,我们的宇宙处于临界状态的哪一边,因此也难以对我们的宇宙作出任何 长期预报明确我们的字宙是有限的还是无限的。但是随着观测手段的进步,人 类的可见宇宙范围不断扩大。目前用射电望远镜,人类已能看到大约150亿光 年的距离。无论我们认为宇宙有限还是无限,150亿光年的距离只是整个宇宙 的很小部分。 在这个以150亿光年为半径的可视字宙中,分布着各种各样的天体。所谓 天体就是宇宙中物质的存在形式。例如,人类能“看”到的类星体脉冲星恒星、 星云、彗星、行星、卫星、星际物质等,以及人类虽不能“看”到但在理论上应存在
时间 图1-1-1三种影胀宇宙 的黑洞等。尽管这些天体的质量、密度、温度、光度、物质组成、光谱特性等理化性 状差异很大,但是归根到底,各种天体都是由几种基本粒子形成的。基本粒子构 成已知元索周期表上的所有元素,这是形成天体的物质基础①。因此可以说天 体的多样性统一于其物质性。 各种天体在宇宙中的分布并不是杂乱无章的。天体之间在万有引力的作用 下相互绕转,形成不同层次的天体系统,结构形式如下: 地球 地月系 太阳系 L月球 银河系 其他行星系 宇宙 其他恒星系 河外星系 星系和星系团是宇宙中物质密度远大于外界平均物质密度的“岛屿”,星系 之间是无处不在的寒冷的微波之“海”。例如,银河系的平均密度要比外部宇宙 的平均密度约高出100万倍。因此宇宙中物质的分布亦是不均匀的。 运动是物质存在的基本形式不仅宇宙本身在膨胀,其中的天体亦在运动。 月球绕地球运动,地球绕太阳运动,太阳绕银河中心运动,银河系也在本星系群 中运动等。同时,各种天体内部物质也在运动,如恒星内部的核聚变,向外的能 量辐射;地球内部的岩浆活动等,以及天体的产生、发展和消亡的过程。 因此宇宙具有物质性系统性、运动性的特征。 ④理沦上推测被称为中微子的基本粒子有三种:电子中礅子子中礅子和τ子中微子。前两种已 多次在高精度的实验室探测到,第三种只是通过其他粒子的衰变间接揭示了它的存在