環(huán)境地質(zhì)學-基本概念

2.基本概念2.1生態(tài)學、生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)平衡生態(tài)學（Ecology）研究生物與其生活環(huán)境相互關(guān)系與經(jīng)濟學（Economics)具有相同的詞源（Eco-);家庭、居所、環(huán)境；人類生態(tài)學，現(xiàn)代科學技術(shù)2023/2/41李永軍生態(tài)系統(tǒng)（Ecosystem)一個生物物種在一定范圍內(nèi)所有個體的總和，在生態(tài)學中稱為種群，任何一個生物群落與其周圍非生物環(huán)境的綜合就是生態(tài)系統(tǒng)種群（Population)：生物物種；生境（Habitat)生物（Biotic)與非生物(Abiotic)的綜合體2023/2/42李永軍物質(zhì)與能量的交換生態(tài)系統(tǒng)中全部生命活動所需要的能量均來自太陽。太陽能在生態(tài)系統(tǒng)中的流動是按熱力學定律進行的。一般說來，能量沿著綠色植物→草食動物→一級肉食動物→二級肉食動物逐級流動，而后者所獲得的能量大體等于前者所含能量的1/10，這就是說，在能量流動過程中，約有9/10的損失掉了。生態(tài)系統(tǒng)中的一切生物（動物、植物、微生物）和非生物的環(huán)境，都是由運動著的物質(zhì)構(gòu)成的，并在地球長期的演化過程中建立起來了各種循環(huán)體系。其中碳、氫、氧、氮、硫、磷等的循環(huán)是生態(tài)系統(tǒng)基本的物質(zhì)循環(huán)。錳、鋅、銅、鉬、鈷、鈣、鎂、鉀等微量元素，也在生態(tài)系統(tǒng)中的構(gòu)成了各自的循環(huán)。而與人類環(huán)境關(guān)系比較密切的主要有水、碳、氮三大循環(huán)。2023/2/43李永軍規(guī)模不等，類型多樣，有天然（池塘，河流，草原，森林）與人工（城市，礦山，工廠）之分典型的，水陸生態(tài)系統(tǒng)（Water-landecosystem),水生生態(tài)系統(tǒng)（Aquaticecosystem),濕地（Wetland)水陸生態(tài)系統(tǒng)的食物鏈2023/2/44李永軍生態(tài)平衡（EcologicalBalance）結(jié)構(gòu),包括生物種類的組成，各個種群數(shù)量的比例;功能，能量與物質(zhì)的輸入和輸出;處于相對穩(wěn)定狀態(tài)。2023/2/45李永軍原生演替2023/2/46李永軍次生演替原生態(tài)山區(qū)高速公路生態(tài)恢復研究生態(tài)破壞生態(tài)恢復2023/2/47李永軍生態(tài)學的資源與環(huán)境保護意義物物相關(guān)各種事物相互聯(lián)系、相互制約、相互依存。建設項目應統(tǒng)籌考慮，全面規(guī)劃。

相生相克物種之間相互依賴，彼此制約，協(xié)同進化。外來物種的侵入，土著物種的消失。

能流物復能量在不斷地流動，物質(zhì)在不停地循環(huán)。循環(huán)經(jīng)濟：能量高效利用，環(huán)境污染控制。

2023/2/48李永軍負載定額承載容量：環(huán)境容量，地理承載容量。協(xié)調(diào)穩(wěn)定生物多樣性增加—食物鏈增多—穩(wěn)當性增強自然資源種類多，抵抗外來干擾的能力強物種完整性、多樣性保護，資源的戰(zhàn)略儲備時空有宜生態(tài)系統(tǒng)的獨特性開發(fā)利用與管理的適宜性，因地因時制宜

2023/2/49李永軍2.2地質(zhì)環(huán)境與環(huán)境地質(zhì)地質(zhì)環(huán)境是指與大氣、生物、水相互作用最直接，又是與人類活動關(guān)系最密切的那部分巖石圈。地質(zhì)環(huán)境是有空間概念的上限是巖石圈的表面；下限位置，取決于人類社會的科學技術(shù)發(fā)展水平，以及進入巖石圈內(nèi)部的工業(yè)活動影響深度。超深鉆井：含礦熱鹵水，微生物生存，氣候變遷記錄，地震……2023/2/410李永軍環(huán)境地質(zhì)是研究人類技術(shù)—經(jīng)濟活動與地質(zhì)環(huán)境相互作用、相互影響的學科。環(huán)境地質(zhì)則無空間概念是以地質(zhì)環(huán)境為研究對象的科學。含義理解不同，有不同的工作內(nèi)容與方法。2023/2/411李永軍2.3自然系統(tǒng)具有典型的復雜性自然系統(tǒng)的復雜性表現(xiàn)是多方面的

（1）在自然界某一行為過程中，要受到許多因素的共同影響；滑坡外因：過量降雨、地震、人類干擾等激發(fā)因素內(nèi)因：地質(zhì)體內(nèi)一定存在軟弱夾層或斷層破碎帶濕地的退化水文：水資源短缺、蓄水量下降人為活動：盲目開墾、人為工程的破壞、水體污染2023/2/412李永軍（2）自然界中完全不同的行為作用可能導致相似的特征現(xiàn)象；平底谷表面與河床外形相似，形成和發(fā)展條件不同沖積扇和山前地帶形成動力條件不同，許多特征相似多解性：問題機理研究的必要性（某個物質(zhì)的產(chǎn)生與消失有多種可能）2023/2/413李永軍（3）盲目地遵循“均變法則”或“遞變法則”而導致的誤解。

現(xiàn)在的測量結(jié)果→地形的演變（×）

總之，環(huán)境地質(zhì)學是一個地質(zhì)學科與相鄰學科結(jié)合的多學科產(chǎn)物，是研究各種環(huán)境問題的基本思想。只有認識到自然界中各種事物之間的復雜關(guān)系，才能為解決環(huán)境問題做出可行的決策。地形演變的復雜性：過去地形的是歷史上氣候、地質(zhì)過程的產(chǎn)物2023/2/414李永軍2.4環(huán)境的反饋作用環(huán)境的負效應，是牛頓第二運動定律即作用力與反作用力定律的必然表現(xiàn)。表現(xiàn)方式不同超采—地表形變（坍塌，沉降）表現(xiàn)程度不同表現(xiàn)時間不同：短期，長期認識意識與手段的差別水壩建設

2023/2/415李永軍具有異位特點地下水污染，與水的流動性有關(guān)2023/2/416李永軍具有連鎖性：過量開采地下水－水位下降－水資源枯竭－水質(zhì)惡化農(nóng)業(yè)漫灌－土壤鹽漬化－肥力降低－農(nóng)業(yè)成本提高2023/2/417李永軍2.5地質(zhì)環(huán)境面臨著地質(zhì)閾值的危險自然體系在受到外界的影響后，其本身將產(chǎn)生自我調(diào)整、平衡作用，以維持體系自身的穩(wěn)定。然而，由于外界影響的急劇變化，體系就會面臨極限平衡的臨界狀態(tài)（閾值），一旦超出臨界狀態(tài)，就會導致一些環(huán)境地質(zhì)問題。工程學上用臨界負荷描述構(gòu)造的穩(wěn)定性，如斷層的產(chǎn)生是由于外力作用破壞了巖土體的極限平衡狀態(tài)后，引起物體的快速位移。地理學用承載容量來評價地方的人口與資源的關(guān)系。因素：自然本身的作用，外在人為影響2023/2/418李永軍2.6地質(zhì)環(huán)境具有開放與封閉的兩重性開放性指的是系統(tǒng)與外界存在物質(zhì)與能量的交換，而封閉性則是指體系與外界沒有物質(zhì)與能量的交換。地球每天都吸收有限的或以其它形式傳輸?shù)降孛娴奶柲?，其結(jié)果包括作用于地球表面的外力作用，如河水徑流、水的入滲、冰川、風及地塊運動，也包括作用于地球內(nèi)部的內(nèi)力作用，如地殼運動、火山活動。當從全球著眼時，水文循環(huán)和巖石循環(huán)的體系是開放的，因為這些循環(huán)伴隨著能量的重新分布與更新。2023/2/419李永軍科學研究常假設某個單元體是封閉的。當環(huán)境各種條件都比較固定，因子之間更易達到平衡時，我們可以認為系統(tǒng)是封閉的。手套箱下的科學實驗，封閉柱體實驗黑箱，灰箱但必須知道絕對的封閉是不存在的，是理論上的。2023/2/420李永軍2.7可更新資源與不可更新資源可更新資源理論上講是可以持續(xù)利用的，即用了一次之后，可以更新再被利用。水、土壤、動物、植物(包括森林、草場)、微生物等等。可更新資源的速度不同，有些較快，有些較慢。2023/2/421李永軍不可更新資源是指儲量有限，能被用盡的資源。形成極其緩慢，有的需要數(shù)千年，有的需要數(shù)百萬年，甚至上億年。礦物是不可更新資源，例如，大多數(shù)巖石、泥炭、煤、石油、各種金屬礦、非金屬礦等。2023/2/422李永軍資源的利用與技術(shù)經(jīng)濟狀況有關(guān)對于人類來說，隨著取得和使用資源技術(shù)的進步和經(jīng)濟的發(fā)展，無用的物質(zhì)可以變成有用的資源。遠古時代

人類不知道煤有用，后來知道煤可用來做燃料，今天煤不僅用來做燃料，還可從中提取多種化工原料。在人類歷史上，結(jié)構(gòu)材料曾經(jīng)歷過多次變化。石頭→青銅→鐵→鋼→鋁和強化塑料2023/2/423李永軍在能源上替代情況

木柴→煤→石油和天然氣→核能、太陽能、風能、潮汐能和沼氣等開始被利用，并有可能成為新一代能源。水資源：

在缺少淡水的某些沿海地區(qū)，由于目前咸水淡化技術(shù)的成本很高，非當?shù)鼐用竦慕?jīng)濟能力所能負擔，豐富的海水還不能成為他們生活和生產(chǎn)用水的來源。有些說法“今天的廢物是明天的資源”

如垃圾及作為填土的廢料也可用來轉(zhuǎn)化成能量或其它資源。2023/2/424李永軍資源利用還具有時間性在一個世紀，資源是取之不盡的，而到了另一個世紀，則可能面臨枯竭。當前存在的問題人類利用可更新資源的速度一般比它們更新的速度要快，需求越來越多。不能認識到資源的有限性是導致目前全球資源緊張的一個重要因素。比如，隨著礦山開采時間的增長，礦藏埋深越來越深，花費的代價也越來越高，而且，通常資源的品位也在減小。當我們管理這兩種資源時，在法律、社會文化以及財政上都應有一些差別。比如，由于資源的有限性及對其時空分布的認識，在投資與分期償還計劃上應遵循不同的金融規(guī)則。2023/2/425李永軍地球上每個地方、每個人都會遇到各種不同的環(huán)境問題，這不僅表現(xiàn)在類型與強度上，而且也表現(xiàn)在自然成因或人為誘發(fā)等因素上。隨著環(huán)境問題的突出，國際上開展了各項活動，制訂了各種條約，出現(xiàn)了“污染危機”、“能源危機”、“水危機”、“誠信危機”等各種分類名詞。資源分布不均

以水為例，很少能象人類愿望的那樣，要么太多，要么太少，要么水質(zhì)太差。當一個地方發(fā)生洪災時，干旱或許就影響著另一個區(qū)域。2.8環(huán)境問題具有普遍性2023/2/426李永軍沙礫采石場河流洪水滑坡農(nóng)業(yè)水庫巖石采石場海岸侵蝕地震斷層城市地下水水污染土石料災害水文過程土地規(guī)劃和環(huán)境影響2023/2/427李永軍20世紀以前，人口呈線性增長，與其對環(huán)境的影響是相適應的。然而，在20世紀，環(huán)境以驚人的速率退化，其中一個原因就是“人口爆炸”。人口的快速增加，需要大量的物資與能源供給。2.9環(huán)境退化以指數(shù)速率增長Y=aXY=aekx2023/2/428李永軍對于有限的自然體系，以指數(shù)增長速率開發(fā)利用時，那么試圖維持地球物質(zhì)運動平衡的做法就會受到嚴重約束。以前休耕一兩年再行耕作的土地，現(xiàn)今則被迫年復一年地進行連續(xù)耕種，以致于土地沒有恢復和更新地力的機會。類似地，資源與能源的所有環(huán)節(jié)都被要求提高產(chǎn)量，以求與社會現(xiàn)代化文明的高消費水平保持同步。整個社會隨著這種持續(xù)的增長速度在運轉(zhuǎn)，并時而以“國民生產(chǎn)總值（GNP）”來衡量，而經(jīng)濟行為也因此進行適時調(diào)整。2023/2/429李永軍2.10環(huán)境決策中總是包含或產(chǎn)生內(nèi)部矛盾“你不可能總是讓所有人高興”，這條公理的正確性不僅體現(xiàn)在環(huán)境事務中，而在所有的人類活動中都是如此。處理環(huán)境問題的人們很快就會發(fā)現(xiàn)，不管決策如何，“假如你干，你會受到譴責；而如果你不干，你也會受到指責。”矛盾的出現(xiàn)，在很大程度上取決于如何確定優(yōu)先采用哪個系統(tǒng)的問題，這表明人們在認識上缺乏一致性。在年青人和老年人、富人和窮人、城市居民和非城市居民、受過教育的人和未受過教育的人之間，這樣的問題尤是如此。2023/2/430李永軍在制定環(huán)境管理決策過程中，就要求兼顧到各個方面，從而產(chǎn)生某些折中。通過這樣的辦法，以便于產(chǎn)生共同的標準，得到反對者的認可。2023/2/431李永軍2.11小結(jié)在現(xiàn)實社會中，大多數(shù)人都相信人類具有無窮的適應力，如果給以足夠的金錢和時間的話，人類能夠解決任何問題。本章所提出的這些概念表明人類對自然界能開發(fā)什么、能要求什么，是有限度的。在評價人類對于自然界的行為時，首先要考慮的問題是關(guān)于環(huán)境的復雜性、相互聯(lián)系性、反饋機制、資源的有限性以及指數(shù)的增長率等，而據(jù)以做出環(huán)境決策的標準應當建立在許多因素的