书城科普读物人与环境知识丛书:地球与环境
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第6章 被扯破的地球“外衣”(3)

为了阻止全球变暖的进程,科学家想出了许多大胆的地球工程计划。例如,人工喷射大量硫粒子至大气层,制造一层隔热保护膜冷却地球,或是通过将一支由1,900艘船组成的船队分布在海洋里,利用风能吸取海水,通过高高的烟囱喷射到空中形成巨大的白云以反射阳光等等。

但是,一些科学家们讨论了地球工程的可行性,其结论认为,进行全球规模的地球工程弊大于利。美国杜克大学全球变化中心主任罗伯特·杰克逊说:“地球工程使用的范围越大,给环境带来的危险也就越高。”他说,以人类现阶段对地球自然系统的了解,尚不清楚如果自然系统发生全球性改变会带来怎样的后果。

以喷射硫粒子为例,这种在全球范围内实行的地球工程是打算将浅色的硫颗粒或其他气溶胶释放入大气,形成一层隔热保护膜,将阳光射线反射回太空,从而降低全球温度。这一方法是对火山爆发给地球带来降温效果的模拟,例如,1991年,菲律宾火山的爆发就曾使地球降温达华氏0.9度。

但是美国国家大气研究中心的塞蒙尔·提尔姆斯认为,这一方法除了有可能给地球带来降温效果以外,还会引起当地气温和降水的明显变化。她对其效果的模拟也预测到硫会破坏大气中的臭氧,使大量紫外线到达地球表面。

她说,北极地区臭氧的大量减少可能导致到达地球的紫外线增加,给当地生态带来危险,而南极上空臭氧洞的恢复也可能会推迟数十年。

另一个大规模的地球工程计划则是向海洋中添加硫酸铁,促进海里浮游生物的生长,这些浮游生物吸收二氧化碳,从而有效减低地球温室效应。但俄勒冈州立大学的查尔斯·米勒说,虽然浮游生物的增加可以吸收更多的二氧化碳,但其死亡和下沉也会消耗大量氧气,在海洋中形成大量的死亡区。另外,向海洋中施铁肥的方法最多只能抵消一小部分人类产生的碳,效果并非显著。

向海洋“施肥”的计划同样无助于缓解不断增长的海洋酸化问题。米勒说,事实上,海洋施肥计划很可能会使这一问题变得更加严重。任何大规模的“施肥”都会给海洋生态系统带来与全球变暖一样的危险。

有人认为可以通过地质封存的方式捕捉和储存二氧化碳,使之从大气中分离并将之埋藏于地下。杰克逊说,这种方法能够以较低成本储存人类一个世纪中因发电而产生的二氧化碳排放,但是,这种方法存在着碳泄漏、与地下水发生反应等风险。

杰克逊说:“拿地球的气候当儿戏非常危险。我们需要更直接地应对气候变化的方法,包括提高能效,增加对可再生能源的投资等等。”

假若“全球变暖”正在发生,有两种过程会导致海平面升高。第一种是海水受热膨胀令海平面上升。第二种是冰川和南极洲上的冰块溶解使海洋水分增加。按最新预测研究结果,到2100年地球的平均海平面上升幅度介乎0.15~0.95米。

海平面的上升到底有多快?最新的中国海洋环境质量公报显示,去年我国沿海海平面为近10年来最高,比2007年高了14毫米。近30年来,中国沿海海平面总体呈波动上升趋势,平均上升速率为2.6毫米/年,高于全球海平面1.8毫米/年的上升速度。海平面上升加剧了风暴潮、海岸侵蚀、海水入侵、土壤盐渍化及咸潮等海洋灾害的发生。而环渤海地区、长江三角洲和珠江三角洲将是中国受危害最严重的地区。

海平面上升,首先带来的结果就是风暴潮灾害的频繁发生。据科学统计,广东沿海遭受强风暴潮影响的频率最近10年比以前增加了1.5倍,长江三角洲地区增加了2.5倍以上。2008年9月,广东沿海海平面比常年高出200多毫米,超强台风“黑格比”引发了百年一遇的罕见风暴潮。去年,海水入侵最为严重的地区是渤海和北黄海沿岸,而辽宁、河北、天津和山东等沿海地区均发生了不同程度的土壤盐渍化灾害,长江口和珠江口均发生了咸潮入侵事件。

其次,随海平面上升而来的必然是土壤盐渍化、海水入侵、淡水资源遭受污染等一系列问题。环渤海区域的山东、河北、天津沿海从上世纪70年代中期开始,就发现海水侵蚀地下含水层,并急剧扩展,直接威胁着沿岸居民的生存。

在我国沿海,尤其是几大三角洲地区,都因过量开采地下水而造成陆地地面严重沉降,这恰恰加剧了区域性的相对海平面上升的速度,造成这些地区海平面的上升速度远大于全球速度。随着海平面的升高,海岸工程防护标准被迫一再提高。中国20世纪按照“百年一遇”设计的防潮工程,目前已经无法抵御海洋大潮的影响。如今,天津地区遭遇温带风暴潮时,会出现海水淹没码头货场的现象。

今后,海平面的上升还将加速。我国人口稠密的沿海地区正面临海平面不断上升的威胁!以上海所在的长江三角洲为例,按照国家海洋局的研究,在没有防潮设施的情况下,如果海平面上升30厘米,按照历史最高潮位推算,海水可淹没包括上海在内的长江三角洲及江苏和浙江沿岸26%的土地,也就是说,长三角富庶的多数城市,都将面临海平面上升的威胁。

海平面上升,海水步步进逼,我们的家园正在被淹没!目前,我国应加强海平面监测、预测和影响的评价工作,将海平面上升影响作为重要指标,纳入沿海地区社会经济发展规划。同时,采取控制地下水开采、提高沿海堤防工程设计标准、加强沿海红树林生态系统恢复等一系列措施,来遏制海平面上升带来的危害。

(四)好雨知时节奈何变“硫酸”

“好雨知时节,当春乃发生。随风潜入夜,润物细无声。”雨水对万物的生存有着重要的作用,她滋润着大地,养育着生灵。但是,在全球许多地区,雨水已变得越来越酸,造成了极大危害,人们形象地把它喻为“来自空中的死亡之神”。

现代文明给人类带来进步,人类成了自然的主人;但享福过了头,自然又反过来惩罚人类,人类遇到了许多前所未见的麻烦。酸雨,是目前人类遇到的全球性区域灾难之一。

目前,全球有三大块酸雨地区:西欧,北美和东南亚。我国长江以南也存在连片的酸雨区域。在酸雨区域内,湖泊酸化,渔业减产,森林衰退,土壤贫瘠,粮菜减产,建筑物腐蚀,文物面目皆非。

酸雨问题目前已经成为备受人们关注的区域环境问题。“天不下雨人盼雨,天若下雨人怕雨。”整个欧洲、北美洲和亚洲都已处在酸雨的危害之中。北欧的纳维亚半岛南部、瑞典、丹麦、波兰、德国以及北美的加拿大等国的酸雨pH值多为4~4.5。北美一些地区pH值3~4的酸雨已司空见惯,美国15个州降雨的pH值在4.5以下。日本静冈县清水市雨水pH值曾达2.3,神奈川县川崎市曾达3.3,千叶县京原市曾达3.8。

我国南方大部分地区也已出现酸雨,特别是西南、华南和东南沿海,酸雨污染尤为严重。重庆、贵阳、长沙、柳州、厦门雨水的年平均pH值为4~4.5,许多地区都出现过pH值小于3.5的雨水。就连远离工业地带的“净土之地”峨眉山,近年来也受到酸雨光顾,主峰金顶(3,078米)时常出现pH值小于4.5的酸雨。目前,全球的酸雨正在有增无减地发展,不断出现一些新生的酸雨区,印度、巴西、南非等国以及东南亚地区已经出现了酸雨问题。

近代工业革命,从蒸汽机开始,锅炉烧煤,产生蒸汽,推动机器;而后火力电厂星罗齐布,燃煤数量日益猛增。遗憾的是,煤含杂质硫,约百分之一,在燃烧中将排放酸性气体(SO2);燃烧产生的高温尚能促使助燃的空气发生部分化学变化,氧气与氮气化合,也排放酸性气体。它们在高空中为雨雪冲刷,溶解,雨成为了酸雨;这些酸性气体成为雨水中夹杂的硫酸根、硝酸根和铵离子。1872年英国科学家史密斯分析了伦敦市雨水成分,发现它呈酸性,且农村雨水中含碳酸铵,酸性不大;郊区雨水含硫酸铵,略呈酸性;市区雨水含硫酸或酸性的硫酸盐,呈酸性。于是史密斯首先在他的著作《空气和降雨:化学气候学的开端》中提出“酸雨”这一专有名词。

简单地说,酸雨就是酸性的雨。什么是酸?纯水是中性的,没有味道;柠檬水,橙汁有酸味,醋的酸味较大,它们都是弱酸;小苏打水有略涩的碱性,而苛性钠水就涩涩的,碱味较大,它们是碱。科学家发现酸味大小与水溶液中氢离子浓度有关;而碱味与水溶液中羟基离子浓度有关;然后建立了一个指标:氢离子浓度对数的负值,叫pH值。于是,纯水的pH值为7;酸性越大,pH值越低;碱性越大,pH值越高。未被污染的雨雪是中性的,pH值近于7;当它为大气中二氧化碳饱和时,略呈酸性,pH值为5.65。被大气中存在的酸性气体污染,pH值小于5.65的雨叫酸雨;pH值小于5.65的雪叫酸雪;在高空或高山(如峨眉山)上弥漫的雾,pH值小于5.65时叫酸雾。

20世纪90年代科学家又在冰雪世界的南极和北极收集到了含有有毒农药成分的“毒雪”。“毒雪”形成与酸雨或酸雪形成过程极为相似。也是人类活动的结果,人类使用人造的农药到田间,杀虫增产,但农药却进入了环境;也是通过大气远程传输;也是在高空中,污染物被雨雪冲刷;也是最终降落地面,危害人类。由“酸雨”发展到“毒雪”,如此严重的环境恶化趋势,值得人类反省!

大气中的硫和氮的氧化物有自然和人为两个来源。二氧化硫的自然来源包括微生物活动和火山活动,含盐的海水飞沫也增加大气中的硫。自然排放大约占大气中全部二氧化硫的一半,但由于自然循环过程,自然排放的硫基本上是平衡的。人为排放的硫大部分来自贮存在煤炭、石油、天然气等化石燃料中的硫,在燃烧时以二氧化硫形态释放出来,其他一部分来自金属冶炼和硫酸生产过程。随着化石燃料消费量的不断增长,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排放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,使这一地区的多个国家,成为一个个排放大国。

酸雨的危害主要表现在以下几个方面:

一是损害生物和自然生态系统

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值降到5以下时,鱼的繁殖和发育会受到严重影响。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。

二是腐蚀建筑材料及金属结构

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。

从欧美各国的情况来看,欧洲地区土壤缓冲酸性物质的能力弱,酸雨危害的范围还是比较大的,如欧洲30%的林区因酸雨影响而退化。在北欧,由于土壤自然酸度高,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14,000个湖泊是酸性的。

欧洲和北美国家经受多年的酸雨危害之后,认识到酸雨是一个国际环境问题,单独靠一个国家解决不了问题,只有各国共同采取行动,减少二氧化硫和氮氧化物的排放量,才能控制酸雨污染及其危害。1979年11月,在日内瓦举行的联合国欧洲经济委员会的环境部长会议上,通过了“控制长距离越境空气污染公约”,1983年,欧洲各国及北美的美国、加拿大等32个国家在公约上签字,公约生效。1985年,联合国欧洲经济委员会的21个国家签署了赫尔辛基议定书,规定到1993年底,各国需要将硫氧化物排放量削减到1980年排放量的70%,即比1980年水平削减30%。议定书于1987年生效。目前,日、美等国试图建立东亚空气污染监测网,开展联合监测,逐步在东亚建立区域性酸雨控制体系。