第2章天然資源

第二章地球資源與人類文明

資源是指維持生命和生活所必需和經(jīng)常利用的物質，包括空氣、水、陸地、森林、礦產(chǎn)、能源等。人人都在利用或接觸資源，人類對地球資源的需要不斷增加。地球資源的開發(fā)和利用，為人類文明進程提供了必要的物質基礎。目前，世界人口的快速增長及其對未來發(fā)展的影響仍然是人類面臨的主要問題，其中人口增長過快對資源的影響尤其使人類面臨嚴峻的挑戰(zhàn)。人口規(guī)模的增長影響了環(huán)境和可再生資源的可持續(xù)性世界正面臨著對于維持生態(tài)統(tǒng)和人類生存至關重要的可再生資源的驟減諸如森林退化、土地荒漠化、水資源枯竭和生物多樣性減少等問題。目前，世界各國所消耗的能源中常見能源

占絕大多數(shù)，尤其是石油和天然氣的消耗量已

占全世界能源消耗量的70％左右。這些礦物燃料儲量有限，又污染環(huán)境，沒有發(fā)展前途。開發(fā)清潔可再生能源等新能源勢在必行2.1天然資源種類2.1.1礦產(chǎn)資源是國家經(jīng)濟建設的一個重要支柱

礦產(chǎn)資源:指在地質作用過程中形成并賦存于地殼內(nèi)（地表或地下）的有用的礦物或物質集合體，其質和量適合于工業(yè)要求，并在現(xiàn)有的社會經(jīng)濟和技術條件下能夠被開采和利用的自然資源。礦產(chǎn)資源是一種非常重要的非再生性自然資源，是人類社會賴以生存和發(fā)展的不可缺少的物質基礎。它既是人們生活資料的重要來源，又是極其重要的社會生產(chǎn)資料。英國最大銅礦礦產(chǎn)資源基本特點：可耗竭性、不可更新性礦產(chǎn)資源分類：依其組成成分可分為

95％以上的能源、80％以上的工業(yè)原料、100％的化肥與部分農(nóng)藥原料，以及幾乎全部的建筑材料都來自礦產(chǎn)資源。我國目前已發(fā)現(xiàn)168種礦產(chǎn)，其中已探明儲量的151種，資源總量比較豐富，礦種齊全，是世界上少數(shù)幾個資源大國之一。金屬礦產(chǎn)和非金屬礦產(chǎn)金屬礦產(chǎn)利用

黑色金屬鐵是世界上發(fā)現(xiàn)較早、利用最廣的金屬，是鋼鐵工業(yè)的基本原料。

海底開采示意圖大型鏟斗挖泥船系統(tǒng)

有色金屬銅具有良好的導電和導熱性能，延展性好，耐腐蝕性強，并易于鑄造，用于電氣、建筑、運輸、機械制造、軍事等工業(yè)。

稀土元素和稀有金屬廣泛用于冶金、石油化工、玻璃陶瓷、磁性材料、電子工業(yè)、原子能工業(yè)、電光源、醫(yī)藥、輕紡、建材以及農(nóng)業(yè)等部門。在超導技術方面的應用前景正日益擴大。

黃金是人類最早發(fā)現(xiàn)和使用的貴金屬。大量用作硬通貨、儲備、裝飾及珠寶首飾，在工業(yè)上也有廣泛用途，近年來在空間、電子等尖端技術領域用量日增。2.1.2生物資源生物資源：指生長在自然界中的能夠直接或間接被人類利用的動植物總稱。動物資源植物資源隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人類對生物資源的需求隨之改變，但它們在人類經(jīng)濟與文化生活中的重要性及其價值，并沒有任何消減；相反還在不斷地提高，特別是那些珍稀品種。生物資源分類：目前，一些種類的生物資源由于人類的過度開采和棲息環(huán)境的改變而日趨減少，有的瀕于滅絕，這一現(xiàn)象已引起人類的極大關注。石貂

我國擁有溫帶—亞熱帶—熱帶廣闊氣候地域的豐富的生物資源。國家森林面積

(平方公里)人均占有量

（平方米）木材蓄積量

（立方米）人均蓄積量

（立方米）森林覆蓋率

（％）中國1．25×l0611338.09×10107．113．9(前)蘇聯(lián)7．65×l06----------732.5×1010---------------------加拿大-----------154984-----------350．0----------日本-------------------------------------------68．0但是由于濫砍亂伐，不僅森林資源遭受破壞，以森林為主要棲息地的生物也損失慘重。

據(jù)報道，我國有4600種高等植物和400種

野生動物瀕臨滅絕的邊緣。

為了永續(xù)利用，造福后代，各國政府和人民正在采取有效措施，保護人類共同的財富——生物資源。中國是世界上生物資源最為豐富的國家之一，有責任做好保護、研究和利用的工作，為人類作出貢獻。

2.1.3水資源

水資源：指由降水形成的能循環(huán)再生的并有可能被利用的地表及地下徑流。

水是氫和氧的簡單化合物。水是氫和氧的簡單化合物。生命起源于水中，同樣，生物的生理過程也離不開水。地球上水的總量大約有14億立方千米，廣泛分布于大氣圈、水圈、巖石圈和生物圈中，其中97.5%是海水而人類生存所需的淡水絕大部分儲藏于冰和地下水中。由于淡水與人口分布的不一致，從而造成人均淡水資源數(shù)量上的巨大差別，特別是在中東和非洲長期存在嚴重缺水的危機，盡管如此，一些地區(qū)的水資源仍然受到人類污染的威脅這已成為制約經(jīng)濟發(fā)展的一個重要因素。水的利用

我國水資源的一大特點:

分布極不均勻：南多北少，沿海多內(nèi)陸少山地地區(qū)多，平原地區(qū)少耕地面積占全國64.6％的長江以北地區(qū)僅有全國水資源的20％；有近31％的國土為干旱區(qū)(年降雨量在250毫米以下)。

2.1.4土地資源土地即地球陸地的表面部分，它是人類生活和生產(chǎn)的主要空間場所。土地組成：

氣候、地貌巖石、土壤、植被和水文等自然要素共同作用下形成的自然綜合體也是人類生產(chǎn)勞動的產(chǎn)物。土地資源是一種“綜合”的自然資源，具有一切農(nóng)業(yè)自然資源的屬性，是人類社會最基本的生產(chǎn)資料與勞動對象。中國土地特點：山地多，平地少，干旱、高寒區(qū)域大，耕地發(fā)展受限制；人均耕地少，人地矛盾尖銳。土地資源的開發(fā)利用必須進行深度和廣度的開發(fā)，變資源高耗型為節(jié)約型，改粗放經(jīng)營為集約經(jīng)營，從而建立以節(jié)地為基礎的資源節(jié)約型的集約化開發(fā)利用體系。土地資源開發(fā)利用的主要對策：1、挖掘耕地資源潛力，加強以水利建設為中心的農(nóng)田基本建設；改造中低產(chǎn)田，提高耕地等級；建立一批國家級商品糧生產(chǎn)基地。2、積極開發(fā)宜農(nóng)荒地資源。3、綜合開發(fā)山地丘陵資源。4、加強開發(fā)海洋灘涂資源。2.1.5氣候資源

氣候資源組成：包括光、熱、水、風與大氣成分作用：是人類生產(chǎn)和生活必不可少的主要自然資源，在一定的技術和經(jīng)濟條件下為人類提供物質和能量。人類利用氣候資源方式：1、直接利用，即作為能源與物質的直接利用。例如利用太陽能、風能發(fā)電、供熱、作為機械動力，利用空氣制氧、制氮等；2、間接利用，利用綠色植物同化二氧化碳和水，固定太陽能，生產(chǎn)有機物質等。中國有豐富的氣候資源，但因強盛的季風氣候和復雜多樣的地形，增大了氣候資源分布的時空差異，而且資源質量差別懸殊。問題：1、什么是能源資源？太陽能有幾種利用方式？試舉例說明。2、請論述未來人類如何充分地利用天然資源。能源資源：指為人類提供能量的天然物質。2.1.6能源資源組成：煤、石油、天然氣、水能等，也包括太陽能、風能、生物質能、地熱能、海洋能、核能等新能源。能源資源是一種綜合的自然資源。

縱觀社會發(fā)展史，人類經(jīng)歷了柴草能源時期、煤炭能源時期和石油天然氣能源時期，目前正向新能源時期過渡，并且無數(shù)學者仍在不懈地為社會進步尋找開發(fā)更新更安全的能源，可以相信能源的多元時代即將來臨。

目前人們能利用的能源仍以煤炭、石油、天然氣為主在世界一次能源消費結構中，這三者的總和約占93%左右。1、石油、天然氣

石油泛指各種天然形成的可燃性液態(tài)碳氫化合物，常含有氧、氮、石蠟及硫等組分。

在自然界中，與石油共生的常有天然氣。

天然氣也是非常重要的能源，其成因，開采和利用與石油相似。石油天然氣的利用素有“工業(yè)的血液”之稱，是當今世界最重要的動力能源，又是近代有機化工的重要合成原材料。提煉油品過程中回收礦物臘和硫，煉油剩余物如石油焦可以作電極，瀝青是重要的建筑材料。汽車、輪船和飛機的問世，使石油作為內(nèi)燃機燃料，有了新的和廣泛的用途。除汽油以外，石油是煤油、粗柴油、潤滑油、殘渣燃料油、瀝青和石蠟的來源。

石油、天然氣不僅有廣泛的工業(yè)用途，而且石化產(chǎn)品在人們的生常中也被大量地使用著，裝點著人們的家庭。造型各異不同種類的家用電器、箱包器皿、生活用具乃至儲存著豐富信息的軟盤幾乎沒有一樣離得開石化產(chǎn)品。2、煤人類開發(fā)利用煤炭的歷史悠久，早在2000多年前的我國春秋戰(zhàn)國時期，就已用煤作燃料。18世紀60年從英國開始的產(chǎn)業(yè)革命，使能源結構發(fā)生第一次革命性變化從生物質能轉向了礦物能源，既由木炭轉向了煤炭。至今煤炭仍是人類最重要的能源之一。1990年世界一次能源消費構成中，煤27.3%，僅次于石油，居第二位?；ぴ现械?/5、民用商品能源中的4/5都來自煤炭。我國煤炭資源豐富，儲量居世界之首，主要分布在華北和東北地區(qū)。煤的利用

煤既是動力燃料，又是化工和制焦煉鐵的原料，素有“工業(yè)糧食”之稱。眾所周知，工業(yè)界和民間常用煤做燃料以獲取熱量或提供動力,世界歷史上，揭開工業(yè)文明篇章的瓦特蒸汽機就是由煤驅動的。此外，還可把燃煤熱能轉化為電能進而長途輸運，火力發(fā)電占我國電結構的比重很大，也是世界電能的主來源之一。煤燃燒殘留的煤矸石和灰渣可作建筑材料。煤還是重要的化工材料。煉焦、高溫干餾制煤氣是煤最為重要的化工應用，還用于民間和制造合成氨原料；低灰、低硫和可磨性好的品種還可以制造多種碳素材料。水不僅可以直接被人類利用，它還是能量的載體。太陽能驅動地球上水循環(huán)，使之持續(xù)進行。地表水的流動是重要的一環(huán)，在落差大、流量大的地區(qū)，水能資源豐富。3、水能

隨著礦物燃料的日漸減少，水能是非常重要且前景廣闊的替代資源。目前世界上水力發(fā)電還處于起步階段。挪威一半以上的能源靠水電和薪柴河流、潮汐、波浪以及涌浪等水運動均可以用來發(fā)電。太陽能的直接轉換利用被認為是可持續(xù)發(fā)展的世界能源系統(tǒng)的基石，這首先是因為可獲得的太陽能數(shù)量巨大，穿過大氣層到達地球表面的太陽輻射能密度為4.8千瓦·時／平方米。地球接受的全部太陽能超過目前人類能源總消耗能量的3萬倍。其次所謂“陽光普照大地”，太陽能比其他任何能源分布更加廣泛，便于以不同的規(guī)模普遍開發(fā)利用。太陽能的利用方式主要可分為熱利用、光利用和光化學利用三類。4、太陽能

在水的沸點(100℃)以下運行，可用于供應熱水、采暖、制冷和烹調。這些方面的能耗雖然看來量小且分散，但在發(fā)達國家中約占能源消耗量的1／3，在發(fā)展中國家中所占比例更高。

（1）太陽能的熱利用

所用設備有平板式太陽能集熱器、真空管集熱器、箱式太陽灶具等，一般固定安裝，維護方便，3年左右即可回收投資。以色列65％以上的家庭裝有太陽能熱水器，首都特拉維夫的普及率幾乎達100％。太陽能灶具在許多發(fā)展中國家的農(nóng)村地區(qū)得到應用，如印度即有10萬多個太陽灶。改進建筑物的設計或朝向，利用陽光采暖和制冷可使能源需求減少80％以上。建造太陽能暖房可以種植蔬菜和花卉，烘干食品。陽光也可以用來發(fā)電。比較常見的光電池是硅電池，它能將13%-20%的日光能轉化為電能。許多電子計算器和其他小型電子儀器現(xiàn)在已經(jīng)采用太陽能電池供電人造衛(wèi)星和宇宙飛船更是主要依靠太陽能電池來提供電力。（2）太陽能的光利用但是陽光在達到地面以前要經(jīng)過大氣的反射、散射和吸收，能量損失較大，加上陰天、晝夜變化和雨雪等降水過程的影響，目前地面上利用日光發(fā)電受到一定限制。（3）太陽能的光化學利用無論是生物質能、風能，還是水力、溫差和潮汐能，歸根結底都是太陽能的轉化形式。即使礦物燃料，也是通過生物的化石形式保存下來的億萬年以前的太陽能。太陽能不僅不會造成污染，而且取之不盡、用之不竭，是最廉價的能源。

目前，雖然風能發(fā)電還不到全世界電力生產(chǎn)量的1%，但它卻是全球增長最快的能源之一。1981—1991年的10年間風電裝機容量擴大了150倍。1992年全世界風電裝機容量達到2652兆瓦，相當于兩座大型核電站的裝機容量。在可再生能源中風能提供的電力僅次于水電。5、風能

風能是太陽能的一種轉換形式，是一種重要的自然能源。鑒于風能利用的良好前景，國際上已在風輪機設計制造技術、功率儲存技術方面展開激烈競爭。美國風力發(fā)電公司和電力研究所合作研制成功多速風力渦流機，1991年底已在舊金山灣東部運轉，平均風速為27.5千米/小時，發(fā)電成本僅為5美分／千瓦·小時。這家公司聲稱：“我們已經(jīng)可以在經(jīng)濟上與傳統(tǒng)的礦物燃料技術進行競爭，這意味著在世界上風最大的地方不久便會出現(xiàn)風車林立的壯觀景象”。地熱資源在地球上的分布相當廣泛，但很不均勻。按其本身特性，地熱資源可分為以下4類：6、地熱能利用地熱需要解決地下有毒氣體釋放、結垢、腐蝕以及回灌等可能出現(xiàn)的問題。*巖漿*周圍沒有液體的熱干巖*地壓*地熱水(蒸汽)

地熱資源按其利用特點可分為：*低焓(30-150℃)地熱資源*高焓(150℃以上)地熱資源地熱的利用最常用的是地熱水淋浴，占總利用量的1/3以上，其次是地熱水養(yǎng)殖和種植約占20%，地熱采暖約占13%，地熱能工業(yè)利用約占2%。利用地熱能，占地很少，無廢渣、粉塵污染，用后的棄（尾）水既可綜合利用，又可回注到地下儲層，達到增加壓力、保護儲層、保護地熱資源的雙重目的。據(jù)美國地熱資源委員會（GRC）1990年的調查，世界上18個國家有地熱發(fā)電，總裝機容量5827.55兆瓦，裝機容量在100兆瓦以上的國家有美國、菲律賓、墨西哥、意大利、新西蘭、日本和印尼。我國的地熱資源也很豐富，但開發(fā)利用程度很低。主要分布在云南、西藏、河北等省區(qū)。除以上利用外，從熱水中還可提取鹽類、有益化學組分和硫磺等。7、生物質能

我們知道，燃燒薪柴等生物質的能源會造成煙塵的污染。在農(nóng)村到處可以看到許多生物質的廢棄物，如人畜糞便、秸稈、雜草和不能食用的果蔬，等等。將這些廢棄物收集起來，經(jīng)過細菌發(fā)酵可以產(chǎn)生沼氣，用沼氣做燃料和照明，就可以有效地解決燃料問題。沼氣具有很高的熱值，燃燒后生成二氧化碳和水，不污染空氣，不危害農(nóng)作物和人畜健康；生成沼氣的原料本身就是各種廢棄物，用來生成沼氣后可以大大減少垃圾的數(shù)量。

*秸稈作優(yōu)化能源使用*合理開發(fā)利用農(nóng)作物秸稈*秸稈還田作肥料秸稈作飼料*秸稈作燃料*紡織及建筑原料秸稈資源的情況及利用現(xiàn)狀（以上海為例）:秸稈資源8、海洋能

潮汐的發(fā)生是地球受月球和太陽引力的影響而引起的漲潮時海水向岸邊沖去，落潮時又退回海中，每天有規(guī)律地往復運動。受海岸、港灣地形的影響，海面的高度在高潮和低潮時有很大差別。如杭州灣潮差高達8.93米，是我國潮差最大的地方。潮汐的漲落是海水在作大規(guī)模的流動，其中蘊含著巨大能量，既可以用來推動機械裝置，又可以用來發(fā)電。海水中儲存著大量的以熱能形式保存的太陽能，主要表現(xiàn)為海水表層和深層間的溫差。因為水的沸點與氣壓有關，如果建造一個裝置，用抽真空的方法使表層的海水在20攝氏度時汽化，并推動汽輪機，再將深層的冷水提上來使蒸汽冷卻，如此周而復始，就可以發(fā)電了。除這種方法外，還可以用低沸點的流體如丙烷和氨來作為熱機的工作介質。法國已經(jīng)建成了世界上第一座溫差發(fā)電站，發(fā)電容量為14,000千瓦。9、核能

鈾在自然界中有三種放射性同位素：U235、U238、U234，在衰變過程中放出熱量。在軍事上鈾主要用來制造核武器和核動力燃料。鈾的和平用途十分廣泛，其中最主要的是用作核電反應堆的燃料。

由于核電具有發(fā)電成本低、對環(huán)境污染小和安全等優(yōu)點，世界各國，尤其是工業(yè)發(fā)達的國家和地區(qū)都大力發(fā)展核電，估計到2000年核電將達到世界總發(fā)電量的25%左右。我國已建成秦山、大亞灣核電站，目前還有多處正在籌建。人類社會發(fā)展過程的每一階段，都在不同的深度和廣度上依賴于自然資源，在人類文明發(fā)展史上曾經(jīng)建起了一座座里程碑。一方面古文明依然璀璨，建筑和藝術一直是人們關注的焦點；一方面新技術層出不窮，機器的發(fā)明和發(fā)展推動了工業(yè)革命的成功。

2.2資源的文明應用

人類的日常生活也離不開各種各樣的自然資源，日常生活用品和服飾都是取材于自然，無不體現(xiàn)著時代文明的氣息。

除以上這些應用外，首飾更體現(xiàn)了人類對美的追求，這些取材于自然的寶玉石幾乎伴隨了整個人類歷史。

隨著人類不斷地利用自然資源，已經(jīng)造成了資源的危機，為此，越來越多的人們開始認真地研究它，以期望維持資源的可持續(xù)性利用。

●古文明

依據(jù)人們對自然資源的開發(fā)能力，我們可以衡量出某一時期社會發(fā)展的程度。而某一歷史時期的生產(chǎn)工具往往又體現(xiàn)了當時人們對自然資源的開發(fā)能力。歷史考古學認為，人類古代文明可以劃分為石器時代、銅器時代、鐵器時代，每一個時代的工具與社會生產(chǎn)、生活水平密切相關。同時，各種古貨幣也是以稀缺資源為代表的。

另外，戰(zhàn)爭往往是歷史轉折的關鍵要素，為戰(zhàn)爭目的而制造的兵器也直接取材于自然，各式各樣的古代兵器無不凝聚著古人的智慧。每一次戰(zhàn)爭結束，又有化兵器為鼎的傳統(tǒng)，于是鼎又成為象征國泰民安的標志。資源的危機

人類的生產(chǎn)和生活目前還離不開礦物燃料和金屬礦藏，它們在地殼中的含量都是有限的，開采多少儲量就減少多少，開采的速度越快減少的速度也越快。某些使用過的廢舊金屬可以回收并重復利用，但能重復利用的程度有限，根本不能取代新開采的需要；礦物燃料則用一點更是就少一點，無法重復利用。土地資源的過度利用和利用不當，已經(jīng)造成了嚴重的土地退化，使一些土地永久的失去農(nóng)牧業(yè)的生產(chǎn)力。淡水的不足以及淡水的分布與人口的分布的不一致，造成了人均淡水資源數(shù)量上的巨大差別，從而危及人類的生存。生物資源中部分物種消失正在威脅著整個生物的生態(tài)系統(tǒng)。資源的可持續(xù)性利用

目前，人類已經(jīng)逐步認識到資源的危機這一現(xiàn)實，并在通過不斷的努力來解決日益加重的資源危機。人類通過不斷的開發(fā)新能源來解決能源問題，通過對礦產(chǎn)資源的深加工和再利用來解決礦產(chǎn)問題，通過保護生物資源來維持生態(tài)的平衡，通過節(jié)約用水和治理污染來保持水的正常循環(huán)等等。總之，人類正通過自身的努力保護著我們共同的家園--地球，從而維持自身生存和發(fā)展的需要。補充：海洋資源的利用

當今世界，科學技術高度發(fā)達，文明進程不斷加快，但人類所賴以生存的地球卻面臨著一系列的難題:能源短缺；占世界一半以上的貧困國家和地區(qū)人口爆炸，導致饑餓危機加深；全球各地氣候異常，自然災害頻仍；環(huán)境污染嚴重，人類生存條件日趨惡化等。如何才能使人類擺脫困境，尋找到一個新的更適合現(xiàn)代人的理想場所或解決方法呢?近年來，國外陸續(xù)有人提出種種充滿想像力同時也不乏現(xiàn)實可行的良策，其中之一便是開發(fā)海洋，在蔚藍色的海洋中建造海洋家園。海上城市按照美國著名的氣象學家和海洋學家斯皮爾豪斯博士的設想，未來的海上城市將是高度發(fā)達、高度工業(yè)化的新型的人類活動社區(qū)，海上城市周圍的海底將是大片的海底農(nóng)場和海底油田。海底農(nóng)場和海底油田將供給海上城市以糧食、農(nóng)副產(chǎn)品，為城市中的工廠企業(yè)提供初級原材料，給整座城市提供必要的動力能源。

海上城市將為那些對人類來說是必不可少，但同時又會造成嚴重生態(tài)污染的工業(yè)門類提供一個廣闊的發(fā)展空間。為方便起見，海上城市將盡量建在離繁華的世界商業(yè)貿(mào)易大都市不遠的海面上，同時又保持一定的距離，以減少空氣污染、水質污染以及噪聲等。

海上城市的水電供應將實現(xiàn)自給自足：采用太陽能電池和波浪發(fā)電、風力發(fā)電、海上溫差發(fā)電等方式供電，采用海水淡化或凈化方式供應淡水。海上城市也不會給海洋帶來污染，城市開設的環(huán)境凈化處理工廠可處理廢污水，并將糞便、生活垃圾加工成壓縮肥料，運回陸上施肥，以確保海洋環(huán)境的凈化。海底居所世界上第一座海底居住室“海中人”號，于1962年9月6日在法國的里維埃拉附近海域60米深處試驗成功，一名潛水員在海底生活了26小時。同年9月14日，法國的“大陸架”I號海底居住室被沉放在馬賽港附近10米深的海底，2名潛水員在居住室里生活了7天。海底居住室的居民吃用的食品是陸地上人們很難吃到的特制食品，這些特制食品大部分是按比例配制好的含有高熱量、營養(yǎng)豐富的干凍、速凍食物，便于貯存。食用時，只要從冰箱里把這些食品拿出放在生活室的爐灶上摻入一定量的水，過一刻鐘左右就可享用了。海底居住室還備有救生系統(tǒng)，遇上惡劣的天氣和海況