《生物学》课程教学资源（教材讲义）第六部分 进化 第30章 生物圈的未来

第30章生物圈的未来要点概述30.1世界人口在爆炸性的增长不断增长的人口：世界人口已有60亿，而且还在急剧增长；再过39年，人口还要翻一翻。30.2只有农业的发展才能支持不断增长的世界人口农业的未来：提高现有耕地的生产力是当前农业发展的焦点。30.3人类活动使得环境压力日益沉重核能：核能虽然充足，但既不便宜也不安全二氧化碳和全球变暖：全球工业化导致大气中二氧化碳水平显著上升，致使气候变暖污染：人类工农业活动使大量有害化学物质进入生态系统中酸雨：廉价高硫煤的燃烧使得硫进入大气，并与水化合形成酸雨降至地面，对生态系统造成破坏臭氧层空洞：一种叫CFC的工业化学物质正在破坏大气中的臭氧层，使得地球失去了抵挡太阳紫外线辐射的重要防护层热带雨林的破坏：世界上大多数热带雨林正在遭受人类活动的破坏30.4解决环境问题需要每一个人的努力环境科学：解决环境问题需要每个人都认识到它的重要性保护不可再生资源：表层土壤、地下水和生物多样性是三种重要的不可再生资源图30.1是1985年春天由卫星拍摄的纽约市景象。在这幅小小的图片中，有数百万人喧闹噜杂着，有数百万车辆如潮水涌动；在这一刻，无数婴儿降生，又有无数死者被埋葬。这个星球上每一个人的未来一一包括我们一一都同这张照片中看不见的数百万人联系在一起，因为一一我们只有一个地球。人们消耗了太多的食物和水，消耗了太多的能源和矿产，与此同时制造了太多的垃圾；但是人们

第 30 章 生物圈的未来 要点概述 30.1 世界人口在爆炸性的增长 30.1 世界人口在爆炸性的增长 不断增长的人口：世界人口已有 60 亿，而且还在急剧增长；再过 39 年， 人口还要翻一翻。 30.2 只有农业的发展才能支持不断增长的世界人口 30.2 只有农业的发展才能支持不断增长的世界人口 农业的未来：提高现有耕地的生产力是当前农业发展的焦点。 30.3 人类活动使得环境压力日益沉重 30.3 人类活动使得环境压力日益沉重 核能：核能虽然充足，但既不便宜也不安全 二氧化碳和全球变暖：全球工业化导致大气中二氧化碳水平显著上升，致 使气候变暖 污染：人类工农业活动使大量有害化学物质进入生态系统中酸雨：廉价高 硫煤的燃烧使得硫进入大气，并与水化合形成酸雨降至地面，对生态系统 造成破坏臭氧层空洞：一种叫 CFC 的工业化学物质正在破坏大气中的臭氧 层，使得地球失去了抵挡太阳紫外线辐射的重要防护层 热带雨林的破坏：世界上大多数热带雨林正在遭受人类活动的破坏 30.4 解决环境问题需要每一个人的努力 30.4 解决环境问题需要每一个人的努力 环境科学：解决环境问题需要每个人都认识到它的重要性 保护不可再生资源：表层土壤、地下水和生物多样性是三种重要的不可再 生资源 图 30.1 是 1985 年春天由卫星拍摄的纽约市景象。在这幅小小的图片中，有 数百万人喧闹嘈杂着，有数百万车辆如潮水涌动；在这一刻，无数婴儿降生，又 有无数死者被埋葬。这个星球上每一个人的未来——包括我们——都同这张照片 中看不见的数百万人联系在一起，因为——我们只有一个地球。人们消耗了太多 的食物和水，消耗了太多的能源和矿产，与此同时制造了太多的垃圾；但是人们

也有能力解决这些由于世界人口爆炸带来的问题。在本章中，我们将讨论人类生活对周围环境的影响，以及人们为了缓解环境压力而做出的诸多努力一一为了我们，也为了我们的子孙。30.1世界人口在爆炸性的增长不断增长的人口当前，世界有60亿人口，这给生物圈带来了严峻的考验。人口是怎样变得如此之多的呢？在过去的300年中，人口出生率（全球平图30.1卫星拍摄的纽约市均水平）一直保持稳定，大约是每年每千人出生30人（现在是每年每千人出生25人）。但同时，由于卫生状况和医疗技术的改善，死亡率稳步下降，从每年每千人死亡29人下降至每年每千人死亡13人。所以，虽然出生率保持不便甚至略有下降，死亡率的显著下降造成了今天如此庞大的人口。每年全球范围内出生率和死亡率的差值可使人口总量增加约1.4%。这个速度虽然看起来非常小，但按此速度发展下去，只需39年世界人口的数量便可翻上一翻！自前，世界人口的年增长量为7700万，儿乎等于德国自前的所有人口。世界上每天有200万人出生，也就是说每分钟超过140人！世界人口在目前60亿的基础上仍在增长，预计将会在本世纪稳定在85亿到200亿之间的某个数量。未来的趋势世界人口的60%居住在热带或亚热带地区（图30.2）。另外20%在中国；剩余的20%则在发达国家：欧洲、前苏联各邦联国、日本、美国、加拿大、澳大利亚和新西兰。发达国家的人口年平均增长率为0.3%，而大多数发展中国家（不包括中国）的人口年平均增长率为2.2%（1995）。在1950年，每一个居住在发达国家（例如美国）的人对应世界其它地区的两个人；仅仅70年以后，即到了2020年，这个比例将会变成1：5

也有能力解决这些由于世界人口爆炸带来的问 题。在本章中，我们将讨论人类生活对周围环 境的影响，以及人们为了缓解环境压力而做出 的诸多努力——为了我们，也为了我们的子孙。 30.1 世界人口在爆炸性的增长 不断增长的人口 当前，世界有 60 亿人口，这给生物圈带来 了严峻的考验。人口是怎样变得如此之多的 呢？在过去的 300 年中，人口出生率（全球平 均水平）一直保持稳定，大约是每年每千人出 生 30 人（现在是每年每千人出生 25 人）。但同时，由于卫生状况和医疗技术的 改善，死亡率稳步下降，从每年每千人死亡 29 人下降至每年每千人死亡 13 人。 所以，虽然出生率保持不便甚至略有下降，死亡率的显著下降造成了今天如此庞 大的人口。每年全球范围内出生率和死亡率的差值可使人口总量增加约 1.4％。 这个速度虽然看起来非常小，但按此速度发展下去，只需 39 年世界人口的数量 便可翻上一翻！ 目前，世界人口的年增长量为 7700 万，几乎等于德国目前的所有人口。世界 上每天有 200 万人出生，也就是说每分钟超过 140 人！世界人口在目前 60 亿的 基础上仍在增长，预计将会在本世纪稳定在 85 亿到 200 亿之间的某个数量。 未来的趋势 世界人口的 60％居住在热带或亚热带地区（图 30.2）。另外 20％在中国；剩 余的 20％则在发达国家：欧洲、前苏联各邦联国、日本、美国、加拿大、澳大 利亚和新西兰。发达国家的人口年平均增长率为 0.3％，而大多数发展中国家（不 包括中国）的人口年平均增长率为 2.2％（1995）。在 1950 年，每一个居住在发 达国家（例如美国）的人对应世界其它地区的两个人；仅仅 70 年以后，即到了 2020 年，这个比例将会变成 1：5。 图 30.1 卫星拍摄的纽约市

正如我们在第24章中所学到的，人口的年龄结构决定了其增长速度。要想预测人口未来的增长趋势，确定其中未到生育年龄人口的比例至关重要。在发达国家如美国，约有1/5的人口处于15岁以下；在发展中国家，譬如墨西哥，这个比例是美国的两倍。虽然大多数热带和亚热带国家陆续颁布了限制人口增长的政策，这些国家的人口仍将在21世纪持续增长（图30.3）。发达国家占全世界人口的比例会越来越小。印度在1995年拥有9.3亿人口（其中36%为15岁以下），虽然在2000年成功的控制了人口生育的速度，它的人口也将持续增长到本世纪中叶：而按当前人口增长的速度，到2050年印度将拥有近14亿人口，并且会继续高速增长下去。P613人口增长速度已经开始呈下降趋势联合国已经公布了世界人口增长速度持续下降的消息，从1965一一1970年的2.0%降到了1998年的1.4%。但是，由于基数太大，当前每年人口要增加7700万，而60年代每年只有5300万。联合国将人口增长比率的下降归功于计划生育、经济的增长和妇女社会地位的提高。虽然联合国赞成美国提出的资助计划生育工程，有些人却对此持反对态度；他们认为如果将钱花在提高教育和刺激经济增长方面会更有效，因为这样做

正如我们在第 24 章中所学到 的，人口的年龄结构决定了其增 长速度。要想预测人口未来的增 长趋势，确定其中未到生育年龄 人口的比例至关重要。在发达国 家如美国，约有 1/5 的人口处于 15 岁以下；在发展中国家，譬如 墨西哥，这个比例是美国的两倍。 虽然大多数热带和亚热带国家陆 续颁布了限制人口增长的政策， 这些国家的人口仍将在21世纪持 续增长（图 30.3）。发达国家占全 世界人口的比例会越来越小。印 度在 1995 年拥有 9.3 亿人口（其 中 36％为 15 岁以下），虽然在 2000 年成功的控制了人口生育的 速度，它的人口也将持续增长到 本世纪中叶；而按当前人口增长 的速度，到 2050 年印度将拥有近 14 亿人口，并且会继续高速增长 下去。 P613 人口增长速度已经开始呈下降趋势 联合国已经公布了世界人口增长速度持续下降的消息，从 1965——1970 年 的 2.0%降到了 1998 年的 1.4％。但是，由于基数太大，当前每年人口要增加 7700 万，而 60 年代每年只有 5300 万。 联合国将人口增长比率的下降归功于计划生育、经济的增长和妇女社会地位 的提高。虽然联合国赞成美国提出的资助计划生育工程，有些人却对此持反对态 度；他们认为如果将钱花在提高教育和刺激经济增长方面会更有效，因为这样做

会带来人口意识的普遍提高和人口出生率的下降。联合国当然支持发展中国家的教育事业，但有趣的是，已有报道表明，随着计划生育的实行，家庭人口数量的减少总是伴随着更高的教育水平。许多国家正在为降低人口增长速度做出艰苦的努力，这些努力也的确卓有成效。如果这种努力坚持不解，世界人口可能在21世纪停止增长。没有人知道这个星球到底能够养活多少人口：但已经清楚的是，依靠现有的技术，我们可以养活比现在更多的人。值得一提的是，人口规模不是决定资源消耗的唯一因素，人均资源消耗量同样起着非常图30.3热带和亚热带地区人口重要的作用。从这个角度来说，我们这些生活增长最快。世界上最大的城市墨西哥城，拥有2000万人口。在发达世界的人更应该注意减轻自身可能带来的负面影响；这是因为，虽然世界人口的大部分集中在发展中国家，而大部分资源却消耗在发达国家。事实上，占世界20%的最富裕人口消耗了世界资源的86%，同时制造出世界二氧化碳的53%；而占世界20%的最贫穷人口却只消耗了世界资源的13%，制造出3%的CO2。从另一个角度看，一个出生在发达国家的婴儿，他一生所消耗的资源将是出生在发展中国家婴儿的30到50倍。长期持续的发展是人类面临的最紧迫的任务。我们子孙的生活质量很大程度上将取决于我们是否能够成功的限制人口和人均资源的消耗。1998年，全球已有60亿人口，并且以每年1.4%的速度增长。照此下去，世界人口将于39年后达到现在人口的两倍。虽然人口增长率在不断下降，可是发达国家人均资源的高消费量与人口问题同样严重。30.2只有农业的发展才能支持不断增长的世界人口农业的未来

会带来人口意识的普遍提高和人口出生率的 下降。联合国当然支持发展中国家的教育事 业，但有趣的是，已有报道表明，随着计划生 育的实行，家庭人口数量的减少总是伴随着更 高的教育水平。 许多国家正在为降低人口增长速度做出 艰苦的努力，这些努力也的确卓有成效。如果 这种努力坚持不懈，世界人口可能在 21 世纪 停止增长。没有人知道这个星球到底能够养活 多少人口；但已经清楚的是，依靠现有的技术， 我们可以养活比现在更多的人。 值得一提的是，人口规模不是决定资源消 耗的唯一因素，人均资源消耗量同样起着非常 重要的作用。从这个角度来说，我们这些生活 在发达世界的人更应该注意减轻自身可能带 来的负面影响；这是因为，虽然世界人口的大部分集中在发展中国家，而大部分 资源却消耗在发达国家。事实上，占世界 20％的最富裕人口消耗了世界资源的 86％，同时制造出世界二氧化碳的 53％；而占世界 20％的最贫穷人口却只消耗 了世界资源的 13％，制造出 3％的 CO2。从另一个角度看，一个出生在发达国家 的婴儿，他一生所消耗的资源将是出生在发展中国家婴儿的 30 到 50 倍。 长期持续的发展是人类面临的最紧迫的任务。我们子孙的生活质量很大程度 上将取决于我们是否能够成功的限制人口和人均资源的消耗。 1998 年，全球已有 60 亿人口，并且以每年 1.4％的速度增长。照此下去，世界 人口将于 39 年后达到现在人口的两倍 39 年后达到现在人口的两倍。虽然人口增长率在不断下降 。虽然人口增长率在不断下降，可是发达 国家人均资源的高消费量与人口问题同样严重。 30.2 只有农业的发展才能支持不断增长的世界人口 农业的未来 图 30.3 热带和亚热带地区人口 增长最快。世界上最大的城市墨西 哥城，拥有 2000 万人口

前世界面临的最为严峻和急迫的挑战之一就是需要生产足够的粮食以满足日益增长的人口。这个问题在经济学家们看来并不足为惧，他们估计从1950年至今，世界粮食生产增长了2.6倍，远高于人口增长的速度。但是，目前几乎所有可用的耕地都已被开垦，世界上许多地区也因为大量饥饿人口的破坏而丧失了可持续发展的潜力。自1950年以来，世界良田的20%已化为乌有。在这些繁重的问题面前，我们不得不考虑未来农业的发展前景。寻找新的粮食作物我们现在究竟有多少种粮食作物？仅仅三种作物一一水稻、小麦和玉米一就为人类提供了半数以上的能量需求：仅仅100余种植物就提供了我们所需热量的90%以上：仅仅有约5000种植物曾被作为食物食用。而在所有的250，000种植物中，可能有另外上万种植物可供食用一一如果它们的性质被完全研究清楚和广泛种植的话（图30.4）。农业科学家正尝试种植新的作物，尤其是那些可以在世界人口增长最快的热带和亚热带地区生长良好的品种。当今广泛栽种于全世界的作物几乎都拥有数百年甚至上图30.4新的粮食作物。（a）印加和阿兹提克时代，谷苋千年的历史。只有少数（Amaramthspp.）是拉丁美洲高原上的重要作物。谷苋生长几种，如橡胶树和油棕快，而且能够提供含有丰富赖氨酸的谷物，一般的植物蛋白不含赖氨酸，但它却是动物必需的营养物质。（b）四棱豆榈，自1800年后才被（Psophocarpustetragonolobus）是一种热带固氮藤本植物，广泛引种。它可以提供高营养的叶片和果实，果实里的种子可以提供丰富的食用油。翼豆最初在新几内亚和东南亚种植，1970年以几乎所有的重要后已遍及整个热带地区。作物都有一个特点，那就是种植方法非常简单。而现在，耕作技术空前发达，我们能够提高土壤肥力、控制害虫，这就为将更多植物作为后备粮食作物提供了条件。农业科学家正在采

目前世界面临的最为严峻和急迫的挑战之一就是需要生产足够的粮食以满 足日益增长的人口。这个问题在经济学家们看来并不足为惧，他们估计从 1950 年至今，世界粮食生产增长了 2.6 倍，远高于人口增长的速度。但是，目前几乎 所有可用的耕地都已被开垦，世界上许多地区也因为大量饥饿人口的破坏而丧失 了可持续发展的潜力。自 1950 年以来，世界良田的 20％已化为乌有。在这些繁 重的问题面前，我们不得不考虑未来农业的发展前景。 寻找新的粮食作物 我们现在究竟有多少种粮食作物？仅仅三种作物——水稻、小麦和玉米—— 就为人类提供了半数以上的能量需求；仅仅 100 余种植物就提供了我们所需热量 的 90％以上；仅仅有约 5000 种植物曾被作为食物食用。而在所有的 250，000 种植物中，可能有另外上万种植物可供食用——如果它们的性质被完全研究清楚 和广泛种植的话（图 30.4）。 农业科学家正尝 试种植新的作物，尤其 是那些可以在世界人 口增长最快的热带和 亚热带地区生长良好 的品种。当今广泛栽种 于全世界的作物几乎 都拥有数百年甚至上 千年的历史。只有少数 几种，如橡胶树和油棕 榈，自 1800 年后才被 广泛引种。 几乎所有的重要 作物都有一个特点，那 就是种植方法非常简单。而现在，耕作技术空前发达，我们能够提高土壤肥力、 控制害虫，这就为将更多植物作为后备粮食作物提供了条件。农业科学家正在采 图 30.4 新的粮食作物。（a）印加和阿兹提克时代，谷苋 （Amaramth spp.）是拉丁美洲高原上的重要作物。谷苋生长 快，而且能够提供含有丰富赖氨酸的谷物，一般的植物蛋白 不含赖氨酸，但它却是动物必需的营养物质。（b）四棱豆 （Psophocarpus tetragonolobus）是一种热带固氮藤本植物， 它可以提供高营养的叶片和果实，果实里的种子可以提供丰 富的食用油。翼豆最初在新几内亚和东南亚种植，1970 年以 后已遍及整个热带地区

用最先进的方法系统地寻找适应现代社会多种需要的新作物。提高现有作物的生产力寻找新的作物是一个长期的过程。与此同时，为了应付当前世界不断增长的粮食需要，提高现有农作物的生产力是一个最佳的选择。在人口增长最快并且人口最为贫困的热带和亚热带地区，发展这一对策尤为重要。从发达国家进口的粮食并不能满足这些地区人口的需要，因为这只占所需粮食的8%，但是当地的耕地已经开垦始尽。在20世纪五六十年代，一场绿色革命带来了改良过的新品种小麦和水稻。1950年到1970年，墨西哥小麦产量翻了十翻，从小麦进口国一跃变成了出口国。在相同的20年里，印度粮食生产的增长率也超过了人口增长，达到每年2.3%。中国也成为了粮食自给国。虽然绿色革命取得了显著的成效，但粮食形势依然严峻。推广新品种农作物需要消耗大量的能量、化肥、杀虫剂、除菱剂，还需要发达的农机设备。举例来说，在美国，生产同样数量的小麦所消耗的能量是印度传统耕种所消耗能量的1000倍。生物学家肩负着提高现有农作物生产力、研究开发新品种的任务。具体来说就是改进传统的耕种方法，避选新的、非传统的热带亚热带农作物（见图30.4）。基因工程基因工程技术（见19章）可以创造出抵抗特定除草剂的植物。于是这些除草剂便能更好的除去杂草，而不损害农作物。基因工程也能够使农作物在原本不能生长的主地上生长。目前，希望得到的性状正被引入重要的农作物中。例如，转基因水稻已经能够含有丰富的维生素C和铁，大大的丰富了人类的营养。其它的一些变异使得农作物拥有抗盐碱化、固氮、进行C，光合以及抗虫、抗病等特性。转基因作物的种植（GM食品）颇具争议，现在已经引起了全球性的讨论。反对者担心基因工程会带来诸多问题，例如基因多样性的破坏环、变异种的逸生、昆虫的生存安全以及对种子公司的威胁等这些现实或潜在的问题。第19章中我们详细讨论了其中的风险。风险固然值得详细考虑，但由1973年发展至今的转基

用最先进的方法系统地寻找适应现代社会多种需要的新作物。 提高现有作物的生产力 寻找新的作物是一个长期的过程。与此同时，为了应付当前世界不断增长的 粮食需要，提高现有农作物的生产力是一个最佳的选择。在人口增长最快并且人 口最为贫困的热带和亚热带地区，发展这一对策尤为重要。从发达国家进口的粮 食并不能满足这些地区人口的需要，因为这只占所需粮食的 8％，但是当地的耕 地已经开垦殆尽。在 20 世纪五六十年代，一场绿色革命带来了改良过的新品种 小麦和水稻。1950 年到 1970 年，墨西哥小麦产量翻了十翻，从小麦进口国一跃 变成了出口国。在相同的 20 年里，印度粮食生产的增长率也超过了人口增长， 达到每年 2.3％。中国也成为了粮食自给国。 虽然绿色革命取得了显著的成效，但粮食形势依然严峻。推广新品种农作物 需要消耗大量的能量、化肥、杀虫剂、除莠剂，还需要发达的农机设备。举例来 说，在美国，生产同样数量的小麦所消耗的能量是印度传统耕种所消耗能量的 1000 倍。 生物学家肩负着提高现有农作物生产力、研究开发新品种的任务。具体来说， 就是改进传统的耕种方法，遴选新的、非传统的热带亚热带农作物（见图 30.4）。 基因工程 基因工程技术（见 19 章）可以创造出抵抗特定除草剂的植物。于是这些除 草剂便能更好的除去杂草，而不损害农作物。基因工程也能够使农作物在原本不 能生长的土地上生长。目前，希望得到的性状正被引入重要的农作物中。例如， 转基因水稻已经能够含有丰富的维生素 C 和铁，大大的丰富了人类的营养。其它 的一些变异使得农作物拥有抗盐碱化、固氮、进行 C4 光合以及抗虫、抗病等特 性。 转基因作物的种植（GM 食品）颇具争议，现在已经引起了全球性的讨论。反 对者担心基因工程会带来诸多问题，例如基因多样性的破坏、变异种的逸生、昆 虫的生存安全以及对种子公司的威胁等这些现实或潜在的问题。第 19 章中我们 详细讨论了其中的风险。风险固然值得详细考虑，但由 1973 年发展至今的转基

因技术，在未来的21世纪中，必将对农作物产生不可估量的影响。耕种的新探索几种新的尝试可能对提高农作物产量有所帮助。“无犁农业”是一种90年代在美国和其它一些地区广泛推行的耕作方法，由于保留了表层土壤，它成为许多地区理想的农业措施。另一方面，无土栽培（hydroponics）一一在富含营养物的水中栽种植物的方法，更是目前的热门话题。海洋一度被认为是取之不尽用之不竭的食物源，但过度捕捞已使得世界捕鱼量逐年下降，因此捕鱼所消耗的能量越来越多。由于对渔业发展的监管不善，滥捕滥捞、局部污染和鱼类栖息地的破坏使得捕鱼量已比历史最高纪录下降了20%。许多世界重要的渔场现在已经纷纷关闭。例如北大西洋纽芬兰岛的格兰德湾（GrandBank），本来是鳕鱼和其它一些鱼类的重要产地，现在几乎已经销声匿迹了。1994年，加拿大政府禁止了所有捕捞鳕鱼的行为，使得27，000名渔民失业；同年，美国政府禁止了乔治斯湾（GeorgesBank）及其它新英格兰水域的捕鱼行为。自1975年以来，大西洋的金枪鱼数量已下降了90%。1993年，据美国食品与农业组织估计，17种主要的海洋鱼类中有13种临灭绝。目前，世界年海洋鱼类捕捞量从1986年的8600万吨减少到1992年的8250万吨，虽然捕捞强度在不断增大，捕捞量却在不断下降。新食品的研究，例如用营养液培养可食的微生物，正日益受到重视。举例来说，光合固氮蓝藻一一螺旋藻（Spirulina)正被许多国家作为具有商业潜力的食品加以研究。实际上，它是非洲和墨西哥等地区的传统食品。螺旋藻能在强碱性环境中繁殖，它的蛋白质含量比大豆还要高。它所生长的池塘，生产力水平是麦田的10倍。象这样的高蛋白微生物能为人类提供足够的营养：但是，心理上的障碍必须克服，因为人们往往不容易接受食用这样的食品：而且，这种食品的加工也需要耗费大量的能量。在我们所知的250,000种植物中，只有约100种为我们所食用，它们提供了我们所需能量的90%以上。随着研究的不断进行，或许更多的植物将登上我们的餐桌

因技术，在未来的 21 世纪中，必将对农作物产生不可估量的影响。 耕种的新探索 几种新的尝试可能对提高农作物产量有所帮助。“无犁农业”是一种 90 年代 在美国和其它一些地区广泛推行的耕作方法，由于保留了表层土壤，它成为许多 地区理想的农业措施。另一方面，无土栽培（hydroponics （hydroponics hydroponics）——在富含营养物 的水中栽种植物的方法，更是目前的热门话题。 海洋一度被认为是取之不尽用之不竭的食物源，但过度捕捞已使得世界捕鱼 量逐年下降，因此捕鱼所消耗的能量越来越多。由于对渔业发展的监管不善，滥 捕滥捞、局部污染和鱼类栖息地的破坏使得捕鱼量已比历史最高纪录下降了 20 ％。许多世界重要的渔场现在已经纷纷关闭。例如北大西洋纽芬兰岛的格兰德湾 （Grand Bank），本来是鳕鱼和其它一些鱼类的重要产地，现在几乎已经销声匿 迹了。1994 年，加拿大政府禁止了所有捕捞鳕鱼的行为，使得 27，000 名渔民 失业；同年，美国政府禁止了乔治斯湾（Georges Bank）及其它新英格兰水域的 捕鱼行为。自 1975 年以来，大西洋的金枪鱼数量已下降了 90％。1993 年，据美 国食品与农业组织估计，17 种主要的海洋鱼类中有 13 种濒临灭绝。目前，世界 年海洋鱼类捕捞量从 1986 年的 8600 万吨减少到 1992 年的 8250 万吨，虽然捕捞 强度在不断增大，捕捞量却在不断下降。 新食品的研究，例如用营养液培养可食的微生物，正日益受到重视。举例来 说，光合固氮蓝藻——螺旋藻(Spirulina)正被许多国家作为具有商业潜力的食 品加以研究。实际上,它是非洲和墨西哥等地区的传统食品。螺旋藻能在强碱性 环境中繁殖，它的蛋白质含量比大豆还要高。它所生长的池塘，生产力水平是麦 田的 10 倍。象这样的高蛋白微生物能为人类提供足够的营养；但是，心理上的 障碍必须克服，因为人们往往不容易接受食用这样的食品；而且，这种食品的加 工也需要耗费大量的能量。 在我们所知的 250,000 种植物中 250,000 种植物中，只有约 100 种为我们所食用 100 种为我们所食用，它们提供了我 ，它们提供了我 们所需能量的 90％以上。随着研究的不断进行 。随着研究的不断进行，或许更多的植物将登上我们的 ，或许更多的植物将登上我们的 餐桌

30.3人类活动使得环境压力日益沉重打开电视机或者随意浏览一份杂志的封面，我们都会了解到地球所面临的日益严重的环境问题。虽然只是个别情况，但这些媒体所挑选出的东西足以让我们认识到摆在面前的挑战是多么的艰巨和复杂。在下面的部分我们将在讨论其中最重要的一些方面。核能1986年4月26日凌晨1点24分，切尔诺贝利核电站四座核反应堆中的一个发生了爆炸。座落在乌克兰首都基辅北面100公里处的切尔诺贝利核电站是欧洲最大的核电站之一，每年可发电10亿瓦，可以完全供应一个中等城市的需要。4月26日拂晓前，核电站的工人急于完成一项测试，以判断4号反应堆的运转情况。他们选择了一条愚蠢的捷径：关闭所有的安全系统。切尔诺贝利的反应堆是石墨反应堆，上面设计了一系列紧急安全系统，能在输出功率较低时关闭反应堆，因为此时反应堆核心是不稳定的一一而工人们恰恰关闭了这些紧急安全系统。测试中也曾出现过激烈的能量波动，但是却没有重水来减速：能量在极短的时间内达到了上限值的数百倍，相当于1吨炸药的白热化冲击融化了部分的燃料棒，被加热的蒸汽急速膨胀，引起了整个反应堆的爆炸。爆炸和热量将数吨的二氧化铀燃料和裂变产物的烟云推至5千米的高空，释放了超过一亿居里的放射性辐射，成为历史上最严重的核事故。与之相比，1979年宾夕法尼亚三英里岛事故只泄漏了17居里的放射源，只有前者的几百万分之一。放射烟云向西北和东南方向扩散，放射物质覆盖了整个欧洲中部，从斯堪迪纳维亚半岛直到希腊。反应堆方圆30公里以内的区域内约有24，000人口，其中至少有1/5接受了过多的放射剂量（大于45雷姆）污染。共有31人由于放射污染直接死亡，他们中的大多数是扑灭反应堆大火的消防员。欧洲的其它地区也受到了严重的放射剂量污染。有资料显示，紧邻切尔诺贝利的地区将有5，000到75，000的人口由于受到放射污染而死于癌症。核能的前景

30.3 人类活动使得环境压力日益沉重 打开电视机或者随意浏览一份杂志的封面，我们都会了解到地球所面临的 日益严重的环境问题。虽然只是个别情况，但这些媒体所挑选出的东西足以让我 们认识到摆在面前的挑战是多么的艰巨和复杂。在下面的部分我们将在讨论其中 最重要的一些方面。 核能 1986 年 4 月 26 日凌晨 1 点 24 分，切尔诺贝利核电站四座核反应堆中的一 个发生了爆炸。座落在乌克兰首都基辅北面 100 公里处的切尔诺贝利核电站是欧 洲最大的核电站之一，每年可发电 10 亿瓦，可以完全供应一个中等城市的需要。 4 月 26 日拂晓前，核电站的工人急于完成一项测试，以判断 4 号反应堆的运转 情况。他们选择了一条愚蠢的捷径：关闭所有的安全系统。切尔诺贝利的反应堆 是石墨反应堆，上面设计了一系列紧急安全系统，能在输出功率较低时关闭反应 堆，因为此时反应堆核心是不稳定的——而工人们恰恰关闭了这些紧急安全系 统。测试中也曾出现过激烈的能量波动，但是却没有重水来减速；能量在极短的 时间内达到了上限值的数百倍，相当于 1 吨炸药的白热化冲击融化了部分的燃料 棒，被加热的蒸汽急速膨胀，引起了整个反应堆的爆炸。 爆炸和热量将数吨的二氧化铀燃料和裂变产物的烟云推至 5 千米的高空，释 放了超过一亿居里的放射性辐射，成为历史上最严重的核事故。与之相比，1979 年宾夕法尼亚三英里岛事故只泄漏了 17 居里的放射源，只有前者的几百万分之 一。放射烟云向西北和东南方向扩散，放射物质覆盖了整个欧洲中部，从斯堪迪 纳维亚半岛直到希腊。反应堆方圆 30 公里以内的区域内约有 24，000 人口，其 中至少有 1/5 接受了过多的放射剂量（大于 45 雷姆）污染。共有 31 人由于放射 污染直接死亡，他们中的大多数是扑灭反应堆大火的消防员。 欧洲的其它地区也受到了严重的放射剂量污染。有资料显示，紧邻切尔诺贝 利的地区将有 5，000 到 75，000 的人口由于受到放射污染而死于癌症。 核能的前景

我们的工业社会已经使用了200余年的廉价能源。直到最近，大多数能源仍来自于木柴和化石燃料一一煤、石油和天然气。随看这些能源的益缺之，探测和开发新的矿藏的花费越来越昂贵，现代社会被迫利用其它手段去寻找新的能源。核能能提供足够的能源，虽然核能并不便宜一一核电站的建设和管理都花费昂贵，但它的原料一一矿石在地壳中普遍存在，以至于我们不必担心能源消耗始尽。煤和石油的燃烧会带来两种副产物：硫和二氧化碳。煤燃烧所产生的硫氧化物是导致酸雨的主要原因，而化石燃料燃烧所产生的CO2是一种主要的温室气体。因此，我们需要找到化石燃料的替代品。核能是能够提供足够能量的新能源，在对其进行充分利用前必需明确认识几个重要问题。首先，世界上约390座核反应堆的安全必须得到保障。其次，如何要善处理放射性废料和服役期已满的核电站（约25年）也是一个重要的问题。1997年，全世界已有超过35座核电站运行时间超过了25年，但其中没有一座被安全关闭，核废料也没有妥善掩埋。第三，必须提防恐怖主义和蓄意破坏，因为核能发电技术与核武器有着紧密的联系。研究和探索化石燃料的替代物（太阳能和风能）是极为重要的，另一个重要的方面是能量的高效利用。据劳伦斯一贝克利实验室估计，美国排放的温室气体中，有约15%来自于发电所用的化石燃料的燃烧，而美国和加拿大75%的电力由于低效使用而被浪费。使用高效的汽车、电灯、电热炉、空调和冰箱可以节省大量的能源，同时极大地减少温室气体的排放。举例来说，一种新的小型荧光灯泡提供同等强度甚至更亮的光线时，只消耗普通灯泡所耗能源的20%，而其寿命是后者的13倍，这既节约了能源，同时也节省了很多的费用。核能为未来世界提供了足够的能源，但同时带来了许多问题和危险。二氧化碳与全球变暖通过对地球历史的研究和与其它行星的比较，科学家们发现大气中气体的聚集一一尤其是二氧化碳一一可以保持温度，使地面平均温度比没有这些气体时高约25℃。二氧化碳和其它一些气体能够将地表辐射的红外线（或称之为热量）中

我们的工业社会已经使用了 200 余年的廉价能源。直到最近，大多数能源仍 来自于木柴和化石燃料——煤、石油和天然气。随着这些能源的日益缺乏，探测 和开发新的矿藏的花费越来越昂贵，现代社会被迫利用其它手段去寻找新的能 源。核能能提供足够的能源，虽然核能并不便宜——核电站的建设和管理都花费 昂贵，但它的原料——铀矿石在地壳中普遍存在，以至于我们不必担心能源消耗 殆尽。 煤和石油的燃烧会带来两种副产物：硫和二氧化碳。煤燃烧所产生的硫氧化 物是导致酸雨的主要原因，而化石燃料燃烧所产生的CO2是一种主要的温室气体。 因此，我们需要找到化石燃料的替代品。 核能是能够提供足够能量的新能源，在对其进行充分利用前必需明确认识几 个重要问题。首先，世界上约 390 座核反应堆的安全必须得到保障。其次，如何 妥善处理放射性废料和服役期已满的核电站（约 25 年）也是一个重要的问题。 1997 年，全世界已有超过 35 座核电站运行时间超过了 25 年，但其中没有一座 被安全关闭，核废料也没有妥善掩埋。第三，必须提防恐怖主义和蓄意破坏，因 为核能发电技术与核武器有着紧密的联系。 研究和探索化石燃料的替代物（太阳能和风能）是极为重要的，另一个重要 的方面是能量的高效利用。据劳伦斯—贝克利实验室估计，美国排放的温室气体 中，有约 15％来自于发电所用的化石燃料的燃烧，而美国和加拿大 75％的电力 由于低效使用而被浪费。使用高效的汽车、电灯、电热炉、空调和冰箱可以节省 大量的能源，同时极大地减少温室气体的排放。举例来说，一种新的小型荧光灯 泡提供同等强度甚至更亮的光线时，只消耗普通灯泡所耗能源的 20％，而其寿 命是后者的 13 倍，这既节约了能源，同时也节省了很多的费用。 核能为未来世界提供了足够的能源，但同时带来了许多问题和危险 ，但同时带来了许多问题和危险。 二氧化碳与全球变暖 通过对地球历史的研究和与其它行星的比较，科学家们发现大气中气体的聚 集——尤其是二氧化碳——可以保持温度，使地面平均温度比没有这些气体时高 约 25o C。二氧化碳和其它一些气体能够将地表辐射的红外线（或称之为热量）中

的长波部分俘获，造成温60.5室效应（Greenhouse356352effect）（图30.5）。在这60woi d apiono348种情况下，整个大气就像2A34059.5a罩在地球外面的一个玻璃336332大温室。59220存在于化石燃料中的324Averagemeanglobaltempeerature,58.5320二氧化碳大概是如今大气1950-1980a316中的7倍。在工业化以前，31258586062646668707274767880 82848688909294 96大气中二氧化碳浓度约是Year图30.5温室效应。自50年代后，大气中的二氧化260到280ppm。随着化石碳浓度持续增长（蓝色曲线）。红色曲线代表同时期地球燃料被广泛使用，大气中平均气温的增加。来源：美国地球物理联合会，国家自然科学院，国家大二氧化碳的含量急剧上气研究中心升。自1958年后的25年Carbondioxideconcentration(partspermillion)=氧化碳浓度（ppm）中，二氧化碳浓度从Averagemeanglobaltemperature地球平均气温（1958315ppm上升到340ppm以—2000)Year（1900s）年份（20世纪）上，而且还在不断增加。Temperature(degreesFahrenhelt）气温（华氏）根据气候学家的计算，自1900年以来全球实际平均气温已经上升了1℃，这被称为全球变暖（G1obalWarming)。美国国家研究局（NationalResearchCounci1）最近预测，到本世纪7o年代中期，大气中二氧化碳的浓度将超过600ppm（几乎是现有水平的两倍），甚至可能在2035年就超过这个水平。果真如此，地表空气温度就将上升1.5一4.5℃。而且，实际的温度增长可能还要高，因为许多微量气体，如一氧化二氮、甲烷、臭氧和氟氯烃，同样由于人类活动而大量增加，这些气体和二氧化碳一样能够引起温室效应。其中的一种一一甲烷，在大气中的浓度由1951年的1.14ppm增加到1986年的1.68ppm一增长了近50%。气候变暖引起的主要问题之一是海平面升高。自全球变暖以来，海平面已经升高了约2到5厘米。如果气候变暖到使极地冰层融化的程度，海平面将升高

的长波部分俘获，造成温 室 效 应 （ Greenho （ Greenho Greenhouse effect） effect）（图 30.5）。在这 种情况下，整个大气就像 罩在地球外面的一个玻璃 大温室。 存在于化石燃料中的 二氧化碳大概是如今大气 中的 7 倍。在工业化以前， 大气中二氧化碳浓度约是 260 到 280ppm。随着化石 燃料被广泛使用，大气中 二氧化碳的含量急剧上 升。自 1958 年后的 25 年 中 ， 二 氧 化 碳 浓 度 从 315ppm 上升到 340ppm 以 上，而且还在不断增加。 根据气候学家的计算，自 1900 年以来全球实际平均气温已经上升了 1 o C，这被称为全球变暖（Global Warming）。 美国国家研究局（National Research Council）最近预测，到本世纪 70 年 代中期，大气中二氧化碳的浓度将超过 600ppm（几乎是现有水平的两倍），甚至 可能在 2035 年就超过这个水平。果真如此，地表空气温度就将上升 1.5—4.5 oC。 而且，实际的温度增长可能还要高，因为许多微量气体，如一氧化二氮、甲烷、 臭氧和氟氯烃，同样由于人类活动而大量增加，这些气体和二氧化碳一样能够引 起温室效应。其中的一种——甲烷，在大气中的浓度由 1951 年的 1.14ppm 增加 到 1986 年的 1.68ppm——增长了近 50％。 气候变暖引起的主要问题之一是海平面升高。自全球变暖以来，海平面已经 升高了约 2 到 5 厘米。如果气候变暖到使极地冰层融化的程度，海平面将升高 图 30.5 温室效应。自 50 年代后，大气中的二氧化 碳浓度持续增长（蓝色曲线）。红色曲线代表同时期地球 平均气温的增加。 来源：美国地球物理联合会, 国家自然科学院，国家大 气研究中心 Carbon dioxide concentration(parts per million) 二 氧化碳浓度（ppm） Average mean global temperature 地球平均气温（1958 ——2000） Year(1900s) 年份（20 世纪） Temperature(degrees Fahrenhelt) 气温（华氏）