书城科普读物地球向我们敲响了警钟
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第5章 还我大自然(2)

随着航天事业的发展,太空垃圾的数量也在与日俱增。据美国航天局1991年估计,在2.000km近地空间,约有3.000t太空垃圾,其中有用雷达或光学监视系统可测和跟踪的废弃卫星、末级火箭、抛弃的卫星整流罩、爆炸的碎片、卫星脱落的金属粒子和碎片等,大于10cm的达7.000~15万个,小如棒球至针头大小的碎片达35万~15万个,比针头更小的碎片达300万~4.000万个。这种碎片年增率从1985年的56%增到1986年以后的86%。到2010年,太空垃圾至少可达到12万t。仅大的碎块即直径10cm以上的碎块就会有7.500t。其中的一些碎块用望远镜就能看到。这些高高在上的太空垃圾,虽然表面上很遥远,但却给人类造成了现实威胁。21世纪中叶,太空垃圾总量将达到临界质量。如不对太空垃圾进行清理,再过二三十年,航天飞行将难以进行。

全世界每年要向宇宙发射火箭100枚以上。形象地说,这些火箭每年要在地球周围的空间中射穿100多个洞,遗憾的是,至今谁也不知道,这些宇宙窗户对地球的破坏性到底有多大。在地球大气层中形成巨大的氢气蘑菇云。事实证明,这种蘑菇云绝不是无害的。它能够破坏大气层的冷暖、化学成分,最终改变蘑菇云下面地球表面的气候。由于我们过去没有重视环保,今天我们已经得到了应有的报复:肮脏的污水,不断扩大的沙漠,被污染的空气等。相比之下,宇宙的报复可能比这还要大得多。看来,人类的环保意识到了向太空延伸的时候了。

如何减少和清除太空垃圾,引起了许多国家特别是发达国家的重视。过去2个空间大国美国和前苏联的“星球大战”试验、人为造成卫星碰撞的反卫星试验是增加太空垃圾的重要原因之一。美国宇航局的科学家最近发明了一种巨大风车式太空垃圾清除器。太空风车在空中缓慢旋转寻找目标,电脑指挥它避开正在工作的卫星;发生碰撞时,垃圾碎片不是被嵌入风叶就是击穿风叶,使碎块失去能量逐渐脱离轨道坠入大气中烧毁,从而在太空中开辟出一条安全的通道。

酸雨的威胁

煤和石油燃烧以及金属冶炼等释放到大气中的二氧化硫和氮氧化物,通过气相或液相氧化反应可生成硫酸和硝酸,形成酸性的雨雪或其他形式的大气降水,称为酸雨--“空中的死神”。

国际上通常把pH低于56的降水作为酸雨的标志。现在所称的“酸雨”泛指酸性物质以湿沉降或干沉降的形式从大气转移到地面上。湿沉降是指酸性物质以雨、雪形式降落到地面;干沉降是指酸性颗粒物以重力沉降、微粒碰撞和气体吸附等形式由大气转移到地面。酸雨发生并产生危害有2个条件。一是发生区域有高度的经济活动水平,广泛使用矿物燃烧,向大气排放大量硫氧化物和氮氧化物等酸性污染物,并在局部地区扩散,随气流向更远距离传输。二是发生区域的土壤、森林和水中生态系统缺少中和酸性污染物的物质,或对酸性污染物的影响比较敏感。例如,酸性土壤地区和针叶林就对酸雨污染比较敏感,易于受到损害。

随着化石燃烧消费量的不断增长,全世界人为排放的二氧化硫在不断增加,其排放源主要分布在北半球,产生了全部人为排放的二氧化硫的90%。天然和人为来源排放了几乎同样多的氮氧化物。天然来源主要包括闪电、林火、火山活动和土壤中的微生物过程,广泛分布在全球,对某一地区的浓度不发生什么影响。人为排放的氮氧化物主要集中在北半球人口密集的地区。机动车排放和电站燃烧化石燃料差不多占氮氧化物人为排放量的75%。欧美一些国家是世界上排放二氧化硫和氮氧化物最多的国家。但近10多年来亚太地区经济的迅速增长和能源消费量的迅速增加,使这一地区的各个国家,特别是中国成为一个主要排放大国。酸雨的长距离输送则使酸雨污染已发展成为区域和跨国的严重环境污染问题。酸雨问题首先出现在欧洲和北美洲,现在已出现在亚太的部分地区和拉丁美洲的部分地区。欧洲和北美已采取了防止酸雨跨界污染和国际行动。在东亚地区,酸雨的跨界污染已成为一个敏感的外交问题。

酸雨腐蚀建筑材料、金属结构、油漆等。特别是许多以大理石和石灰石为材料的历史建筑物和艺术品,耐酸性差,容易受酸雨腐蚀和变色。酸雨可伤害人的呼吸道系统和皮肤。而作为水源的湖泊和地下水酸化后,由于金属的溶解,可能对饮用者的健康造成更大的危害。

欧洲30%的林区因酸雨影响而退化。在北欧,水体和土壤酸化都特别严重,特别是一些湖泊受害最为严重,湖泊酸化导致鱼类灭绝。另据报道,从1980年前后,欧洲以德国为中心,森林受害面积迅速扩大,树木出现早枯和生长衰退现象。加拿大和美国的许多湖泊和河流也遭受着酸化危害。美国国家地表水调查数据显示,酸雨造成75%的湖泊和大约一半的河流酸化。加拿大政府估计,加拿大43%的土地(主要在东部)对酸雨高度敏感,有14万个湖泊呈酸性。在荷兰,全国54%的森林面积遭酸雨侵害;在瑞典,全国有85万个湖泊受害,其中18万个湖泊中几乎所有的鱼都已死光;在挪威,酸雨降落面积高达330万hm2(1公顷hm2=15市亩),在受害最严重的托布达尔河流域,266个湖中有175个已酸化。

80年代以来,东欧也出现了严重的受害现象。在大洋彼岸的北美,早从60年代开始,酸雨的危害区域和范围就在悄悄地扩大。70年代初,加拿大安大略省在雨后或雪化时接连发生鲈鱼大量上浮事件。现在,这个省已有4.000个湖泊发生酸化,几乎再也见不到鱼的踪影。到20世纪末约有48万个湖泊濒临死亡。加拿大的酸雨,多数是来自美国5大湖周围工业地区的污染物。加拿大方面指出,尤其是从火力发电厂和冶炼厂排出的二氧化碳和氮氧化物,它们是形成酸雨的主犯。酸雨危害因此成为跨国际污染的最显着明证。

1984年,美国政府在一份名为《酸雨与大气污染的转移》的正式报告中指出:“如果再不采取某些防止大气污染的措施,污染地区湖泊和河流都将彻底死亡。”事实是触目惊心的,但更为惊人的是酸雨对人体本身健康的危害。据美国政府1980年的推算,该年度由于酸雨和硫氧化物污染造成的死亡人数,占全国死亡总人数的2%,即相当于全美国有51万人死于大气污染。以往,通常认为酸雨是工业发达国家的产物。但是在印度、马来西亚、墨西哥等国,酸雨的危害也相继得到报道。

多年来,人们一直认为南极是一个无污染、无病毒、无细菌的“三无”世外桃源。而据中国南极长城站消息:中国第十四次南极考察的气象科技人员,1998年上半年在西南极乔治王岛上的中国南极长城站测得pH为546的酸性降水,这也是1998年上半年测得的第八次pH小于56的酸性湿沉降。在这8次酸雨中,pH最小的一次为445。这说明南极地区已不是人们所想象的“净土”。1998年上半年出现8场酸雨,当时的风向都是西北方向,表明此风是从南美洲和亚太地区吹向南极半岛的。当南极半岛刮偏东和偏南风时,降水的pH都接近于中性。这说明南极半岛的酸雨是由于大气环流把远离南极的污染源传输到南极上空恰遇降水而形成的。

酸雨降落到地面后得不到中和,可使土壤、湖泊、河流酸化。湖水或河水的pH降到5以下时,鱼的繁殖和发育会受到严重的影响。土壤和底泥中的金属可被溶解到水中,毒害鱼类。水体酸化还可能改变水生生态系统。酸雨还抑制土壤中有机物的分解和氮的固定,淋洗土壤中钙、镁、钾等营养因素,使土壤贫瘠化。酸雨损害植物的新生叶芽,从而影响其生长发育,导致森林生态系统的退化。酸雨对材料或建筑物有腐蚀作用,并加速风化过程。作为饮用水源的酸化及酸化土壤中生长的作物里,有害有毒金属(镉、汞)含量较高,这无疑是一种潜在的威胁。

温室效应的恶果

大气中的水蒸气、二氧化碳和其他微量气体,如甲烷、臭氧、氟利昂等,可以使太阳的短波辐射几乎无衰减地通过,但却可以吸收地球的长波辐射。因此,这类气体有类似温室的效应,所以被称为“温室气体”。温室气体吸收长波辐射后再反射回地球,从而减少向外层空间的能量净排放,使大气层和地球表面变得热起来,这就是“温室效应”。大气中能产生温室效应的气体已经发现近30种,其中二氧化碳起重要的作用,甲烷、氟利昂和氧化亚氮也起相当重要的作用。

在地球上,森林的砍伐和化石燃料的燃烧,使大气中的二氧化碳不断增加,“温室效应”也日益显着起来,从而使地球表面的气温升高。

据统计资料:大气中二氧化碳含量在1750年以前基本维持在280×10-6,1890年为290×10-6,1960年达315×10-6,增加8%,平均每年增加06×10-6。1968年以来,年平均增长率为1×10-6。自1958年以来的监测结果表明,大气中二氧化碳的体积分数在1981年初,已超过340×10-6,相当于每年增加13×10-6,到目前已上升到近360×10-6,每年大约上升18×10-6。二氧化碳体积分数的剧增,使得气温变暖,如果全球平均温度变暖几个摄氏度,将使南北两极的冰雪全部融化,导致全球海平面升高几十米,那时地球上许多平地会被淹没。按照政府间气候变化小组(IPCC)的评估,在20世纪里,全球表面平均温度已经上升了03℃~06℃,全球海平面上升了10~25cm。许多学者的预测表明,到21世纪中叶,世界能源消费的格局若不发生根本性变化,大气中二氧化碳的体积分数将达到560×10-6,地球平均温度将有较大幅度的增加。政府间气候变化小组1996年发表了新的评估报告,再次肯定了温室气体增加将导致全球气候的变化。据2000年8月22日《中国海洋报》报道,北极出现了5.000万年未见的景象:通常在夏季厚达3m的极点冰盖化作了一汪海水。依据各种计算机模型的预测,如果二氧化碳体积分数从工业革命前的280×10-6增加到560×10-6,全球平均温度可能上升15~4℃。

人类活动极大地改变了土地利用的形态,特别是工业革命后,大量森林植被迅速砍伐一空,化石燃料使用量也以惊人的速度增长,人为的温室气体排放量相应不断增加。人为的温室气体排放的未来趋势,主要取决于人口增长、经济增长、技术进步、能效提高、节能、各种能源相对价格等众多因素的变化趋势。发展中国家的能源消费和二氧化碳排放量增长相对较快,到2010年,可能要从20世纪90年代初的不足世界二氧化碳排放量的1/3增加到近1/2。即便如此,发展中国家人均排放量和累积排放量仍低于发达国家。到21世纪中叶,发达国家仍将是大气中累积排放的二氧化碳的主要责任者。

美国国家环保局最近发表了一份研究报告指出,由于人口众多,且大多数人以农业为主,亚洲的发展中国家可能将成为温室效应、地球变暖的最大受害者。但报告同时不无遗憾地指出,亚洲的温室气体排放量(温室效应的起因)仍在继续不断地增长。根据这份报告的统计数字,目前亚洲国家排放的温室气体量已占了全世界温室气体总排放量的1/4,而随着亚洲地区经济的快速发展和人口的继续增长,这个比例还将不断提高。报告还指出,亚洲国家在减少温室气体排放量方面能否取得进展,对于国际社会推迟地球变暖进程、提高自身对气候改变的适应能力的成败与否将起关键性的作用。

为了控制温室气体排放和气候变化危害,1992年联合国环保大会通过的《气候变化框架公约》提出,到90年代末,要使发达国家温室气体的年排放量控制在1990年的水平。1997年,在日本京都召开了缔约国第二次大会,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。

从各国政府可能采取的政策手段来看,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;二是实施经济手段,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。

从今后可供选择的技术来看,主要有节能技术、生物能技术、二氧化碳固定技术等。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。到20世纪90年代,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。

二、温室效应

近年来的大量理论研究和观察资料分析表明,由于人类活动而使环境遭到破坏,从而可改变全球气候。以二氧化碳浓度为例,如果人类社会对排放量不加控制,21世纪中期就可能达到工业化前的2倍。温室气体浓度的增加,有可能导致全球变暖,随之而来的还会导致海平面升高,对农、林、渔业和人类社会其他方面产生明显的影响。为适应气候变化,人类社会各方面都需作出相应调整,付出巨大的代价。为了控制大气中温室气体浓度的增加,需要各国在提高能源利用技术和能源利用效率,采用新能源和减少温室气体排放方面作出共同的努力,发达国家应该承担更多的义务和作出更大的贡献。控制温室气体的排放,也要求社会各方面的共同努力,要求社会各界形成重视环境、保护环境的共识。