环境科学概论第一章黄荣华

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1、环境科学概论,武汉大学动力与机械学院 黄荣华 18971393158,课程的主要内容？,第一部分：本课程的基本要求内容，包括环境的基本概念、环境问题的产生与发展、全球环境问题等； 第二部分：本课程的重点要求内容，包括生态学基础，水、气、土、声、渣等污染物的污染机理，重点污染指标，以及污染治理技术以及环境监测等； 穿插简介建筑 环境学相关内容：建筑外环境、建筑湿热环境、室内空气环境、建筑声环境和建筑光环境等内容。,学习本课程的目的和作用？,学好这门课有助于掌握环境科学的基本知识，培养起坚定、自觉的环境保护意识。对土木工程专业学生，对建筑环境学的相关知识也会有初步了解。是一门重要的素质教育课。,课

2、程的特点？,涉及知识面广； 叙述性内容多； 专业基础性强。,第一章 绪论,第一节 地球和我们所处的环境 第二节 环境问题 第三节 环境科学及其分支,在太空中，地球是一个由蓝、咖啡、绿和白色所组成的球，它悬挂在太空之中已有46亿年的历史了。在这漫长的历史长河中，地球孕育了大量的生物，形成了和谐的生态系统。,在距今约300万年前, 地球上出现了人类。在人类漫长而曲折的进化过程中，人类既是环境的创造物，又是环境的塑造者。人来在实践中不断地总结经验，有所发现，有所发明，有所创造，有所前进。在今天，由于科学技术发展的迅速加快，人类获得了以无数方法并在空前的规模上改造环境的能力。,第一节 地球和我们所处的

3、环境,太阳系家族,太阳系家族各行星,太阳系各行星数据,什么是行星?,必须围绕太阳运转的天体； 质量足够大，能依靠自身引力使天体呈圆球状； 其轨道附近应该没有其他物体。 冥王星对第三条不符，冥王星的轨道是和海王星有所交集的。所以冥王星被归为矮行星。,1.1 太阳系的诞生 1.1.1 宇宙的开端,20世纪初，天文学家斯里弗尔 （V.M. Slipher, 1875-1969),在观测银河系外的仙女座大星云时，取得15个星系的光谱资料，经过研究，发现其中13个正在以每秒数十万米的高速退行，即离开我们愈来愈远。,1929年，哈勃 (E.P. Hubble,1889-1953),根据观测到的河外星系正在

4、退行的资料，提出：一个星系退行的速度和它与我们(地球)的距离成正比，即离得愈远退行愈快。这个发现告诉我们，我们周围的星系正在四散离开，也可以说我们已知的宇宙正在膨胀。,爱因斯坦(Albert Einstien, 1879-1955) 在1916年提出的广义相对论,演绎出宇宙在膨胀的理论。 哈勃的发现被认为是对这些理论的验证。以后的天文观测继续有新的发现，证明宇宙在膨胀，曾测到有的河外星系之间，正以每小时2,500,000km的速度在拉开距离。,BIG BANG大爆炸,宇宙的全部物质，当初都集中在一个“原始原子”(或称宇宙蛋)里，异常紧密 温度约1032K，绝对温度1亿亿亿亿度 显然这只能维持极

5、其暂短的平衡，一旦平衡破坏，就发生大爆炸，原始原子迅速膨胀，逐渐扩展成为我们的宇宙,现在认识：,大爆炸后1秒钟，温度降到1010K，粒子间的强相互作用、弱相互作用、电磁力和引力开始分开。 在高温下处于基本粒子状态的物质，随着温度的降低，聚合成各类原子,约在大爆炸后50 - 100万年,首先由电子和质子合成氢原子 接着是氦原子也大量生成了 随后其他所有元素的原子从轻到重依次聚合而成,爆炸后100万年到20亿年逐步形成各类天体星系,证明150亿年前发生过这样的大爆炸：,爆炸形成的宇宙一直在降温，恒星是在降到40000K以下时才开始形成 现在测得最老的星系的年龄都只有100多亿年，符合这个理论的推断

6、。 特别是盖莫夫(G.Gamow，1904-1968)预言：在大爆炸的特殊宇宙背景下产生出来的微波辐射，至今还存在于宇宙空间中，其温度应已降低到只有绝对温度几度。,彭兹亚斯(A.A.Penzias,1933- )和威尔逊(R.W.Wilson,1936- )发现：,1964年，威尔逊山上一台高灵敏度的射电天文望远镜，在各个方向都测得一种3K的微波背景辐射。大爆炸理论得到了有力的支持。 为此他们得到了1978年的诺贝尔物理学奖金。,其它证据：,现在测得的不同天体上氦的丰度，即它在天体中的含量，一般都达到30%左右，仅仅太阳上那种氢合成氦的作用，是不能造出这么多氦的，而大爆炸能做到 因爆炸而使星系

7、间的距离拉开，更已是熟知的事实 天文观测中已多次记录到超新星爆炸 另外新近得到的两个黑洞撞击爆炸的信息，都可以作为佐证。 冷暗物质-最新证据！,1.1.2 太阳系出现-大爆炸发生约100亿年之后 -星云学说,哲学家康德(Immanuel Kant, 1724-1804) 星云说,在献给普鲁士国王的自然通史和天体理论中假定：最初“整个宇宙的物质都处于分散的状态，并由此造成一种完全的混沌”，“ 构成我们太阳系的星球的物质，在太初时都分解为基本微粒，充满整个的宇宙空间，现在已形成的星体就在这空间中运转”。他认为是万有引力的作用，使这些原始的弥漫物质逐渐分别凝聚，形成了太阳系内的各天体。,星云说不能解

8、决太阳系中许多问题,太阳和行星的单位质量的角动量，应该是一样的，但实际上相差近100倍,20世纪初期中期,灾变说 俘获说（苏联 斯密特： 原始太阳随银河系公转，在经过有大量星际物质弥漫的空间时，将它们吸引在周围，成为行星的物质来源的，用外来物质形成的行星，角动量可以和太阳不同,1.1.3 地球的诞生,天，积气也；无处无气。地，积块（土）也；充塞四虚，无处无块” 列子 天瑞 天是气的集合，地是土的集合 古代贤哲的卓识,20世纪30年代末天文观测证实,在银河系中，有许多气体和尘埃存在 这些气体主要是氢和氦。气体在这些星际物质中，按质量计要占到98%左右 尘埃里主要是水、甲烷和氨等液体、气体冻结而成

9、的固体微粒；还有少量二氧化硅及其与金属离子结合形成的化合物等固体材料。固体物质不及2%，颗粒细微，半径只有0.0001(万分之一)厘米左右，微粒弥漫在整个太空中,地球的成分,氢和氦的含量都很少 而是铁占了第一位，其次是氧和硅，还有很多镁、镍和铝等金属 地球的化学组成为何如此不同？,1.1.3.1 地球的形成,在太阳系内，由于接受的太阳辐射多，温度高，轻的气体被辐射到远处，散失到太阳系的外部 远处构成类木行星 近太阳的地区，以尘埃中的固体物质为主，化学组成当然和原来的星云有显著的不同（铁、硅、镁、氧为主） 近处构成类地行星,原始地球内的“ 星子”,受到引力的作用向中心聚集，体积逐渐缩小，物质的密

10、度越来越大 收缩不是无限的，因为物质还要受到自转所产生的惯性离心力的作用，而离心力是要随着体积缩小，导致自转速度加快而增大，当离心力增大到能抵消引力时，就达到平衡,冷 热 冷,尘埃向中心聚集的过程中，由于引力的作用，体积收缩，压力加大，会释放出大量的热量。放射性元素的蜕变和陨石的撞击，也都要放出热能 尽管原始的星云物质是冷的，后来地球曾经历过一个高温时期，至少是局部物质处於热的熔融状态，以后收缩停止，才又逐渐冷却凝结,地球圈层的形成,重力的作用与高温的影响，地球里面的物质发生部分熔融，使重者下沉，轻者上浮，出现了大规模的物质分异和迁移，形成了从里向外，物质密度从大到小的圈层结构 铁和镍比较重，

11、含量也多，分离出来成为液态的金属向中心聚集 地核 较轻的硅酸盐物质形成地幔和地幔之上的地壳 气体和水等轻物质被吸引在固体球的外围,1.1.3.2 现代地球环境的逐渐形成,46亿年前，整个地球的温度都很高，表面也接近于熔融的状态 各类岩石的块体（以星子为基础）各不相属地分布在地球的表面 后来构成大陆的地壳,冥古宙（4638亿年前）,大约在40亿年前后，越来越多的较轻的硅酸盐成分迁移到上部冷凝 地球终于有了一个虽然还比较薄、但已是连续完整的地壳,原始地球表层,一些处于熔融状态的物质向上挤入地壳中凝结，或涌出地面，表现为广泛分布的火山活动 另一方面物质又在向下流动，把上面已固结的地壳撕裂，并将其部分

12、碎块拽向深处，使它再次熔入地幔物质之中 与此同时，薄弱的地壳还在陨石的撞击下，形成大量陨击坑,最初的大气成分主要是水蒸汽，还有一些二氧化碳、甲烷、氨、硫化氢和氯化氢等,直到距今38亿年前，地球上的大气仍是缺氧和呈酸性的 随着时间的流逝，地球上的温度逐渐降低（低于100C），大气中的水蒸汽陆续凝结出来，形成了广阔的海洋，海水中也缺少氧，而且也含有许多酸性物质,太 古 宙（3825亿年前） 38亿年前，海洋中开始有了生命的活动。从出现最原始的原核细胞生物-蓝绿藻，,32-29亿年前能起光合作用的藻类开始繁殖，后者能消耗二氧化碳，产生出氧气,大约到27亿年前，游离氧在海洋中出现。绿色植物的大量繁殖，

13、更加快了大气和海洋环境的变化，使其有利于高等喜氧生物的发展,元 古 宙 （距今18亿年前到6亿年前）,大陆不断扩大 大气变成以二氧化碳为最多 海洋里的生物最多的是菌藻植物，它们的活动促成二氧化碳和海水中的钙镁等元素相结合，碳酸钙镁等物质沉淀在海底，使大气中的二氧化碳减少，氧和氮的含量逐步增加,表2-1 地质年代表,宙(宇) 代(界) 纪(系) 同位素年龄(百万年) 新生代(界) 第四纪(系) 0 第三纪(系) 白垩纪(系) 65 侏罗纪(系) 三迭纪(系) 显生宙(宇) 二叠纪(系) 248 石炭纪(系) 古生代(界) 泥盆纪(系) 志留纪(系) 409 奥陶纪(系) 寒武纪(系) 震旦纪(系

14、) 600 新元古代(界) 清白口纪(系) 800 元古宙(宇) 中元古代(界) 蓟县纪(系)/长城纪(系) 1800 古元古代(界) 2500 太古宙(宇) 3800-2500 冥古宙(宇) 4600-3800,1.1.3.3 生命起源 化学进化说,地球,蛋白质,核酸,米勒模拟原始大气产生有机物的实验装置,1953年米勒工作照,拓展,生命的起源,无机小分子物质,生成,形成,组成,演变,第一阶段,场所,实验,第二阶段,过程,第三阶段,第四阶段,原始大气,1953 、美国米勒,原始海洋,聚合、缩合,浓缩、凝聚,长期演变、 相互作用,有机小分子物质,有机高分子物质,多分子体系,原始生命,场所,原始

15、海洋,原始海洋,场所,场所,过程,过程,宇宙胚种说,保护地球就是保护我们自己。,地球只有一个，失去它，我们到哪里去寻找家园。,1.2 太阳与地球的关系1.2.1 地球的公转与自转,地球围绕太阳公转，公转轨道面椭圆性，称为黄道面。 太阳处于椭圆的一个焦点上，另一焦点在太阳边缘。 地球公转一周称一回归年，为365.2422个太阳日。 近日点距太阳1.47亿公里，远日点距太阳1.52亿公里，平均距离为1.50亿公里，称一个天文单位。 地球自转轴与公转轨道面成6633，形成地球上季节的变化。,地球的公转与季节的形成,自转轴与黄道面倾角,地球公转和二十四节气,二十四节气,季节,二十四节气含义,立春、立夏

16、、立秋、立冬分别表示四季的开始。“立”即开始的意思。公历上一般在每年的2月4日、5月5日、8月7日和11月7日前后。 夏至、冬至表示夏天、冬天到了。“至”即到的意思。夏至日、冬至日一般在每年公历的6月21日和12月22日。 春分、秋分表示昼夜长短相等。“分”即平分的意思。这两个节气一般在每年公历的3月21日和9月23日左右。 雨水表示降水开始，雨量逐步增多。公历每年的2月18日前后为雨水。 惊蛰春雷乍动，惊醒了蛰伏在土壤中冬眠的动物。这时气温回升较快，渐有春雷萌动。每年公历的3月5日左右为惊蛰。 清明含有天气晴朗、空气清新明洁、逐渐转暖、草木繁茂之意。公历每年大约4月5日为清明。 谷雨雨水增多，大大有利谷类作物的生长。公历每年4月20日前后为谷雨。 小满