人类-环境系统课件.ppt

水环境化学,课程内容（约12讲）,地球环境的特点与人类生存的关系；及人类在“人类环境系统”中的独特地位和作用（1讲）当代人类面临的 重大全球性环境问题（1讲）环境科学的学科体系和环境化学的内容与分支学科（1讲）天然水化学基本原理（1讲）中国河流的天然水质与二十世纪后半叶中国河流水质的变化（1讲）水环境中耗氧有机物的降解过程（2讲）水环境中有毒有机物的迁移过程（1讲）水环境中重金属的迁移转化行为（2讲）水体沉积物在水环境化学研究中的应用（1讲）中国河流沉积物的化学组成和性质（1讲）从宏观到微观 从全球到区域,课程重点:污染物在环境中的迁移转化原理及生态影响,污染物迁移转化的概念Transport,Transportation，迁移指污染物在环境中空间位置的移动Transfer,Transformation,转化 指污染物在环境中存在形态的变化Migration,迁移加转化过程的总称（包括机械，物理化学和生物的过程）。,除强调化学过程外，特别强调区域自然地理条件对环境化学过程的影响。化学-地学-环境三结合,污染物迁移转化涉及的化学原理气态污染物在大气中的迁移和转化主要涉及光化学原理无机污染物尤其是微量金属污染物的迁移转化主要涉及基本的无机化学原理易降解有机污染物(又称为耗氧污染物),主要存在于生活污水和某些工业废水中。其迁移转化过程主要涉及有机化学和生物化学原理 难降解有机污染物(称为持久性污染物,可在水、沉积物、土壤、大气和生物体间迁移，其降解转化过程涉及有机和生物化学，其迁移转化主要涉及化学转移动力学（Chemodynamics）,课程性质、讲课与考试方式,课程性质：基本知识、原理，与讲课人有关研究成果的介绍和研究经验交流讲课方式：Powerpoint图片演示与传统板书相结合；讲授时提问与讨论相结合；希望尽可能简要记笔记，才能边听边思考，有助于强调融会贯通考试方式：中小题开卷考试，或按某专题写读书报告（听取多数人意见）,地球环境的特点及对人类生存的意义,地球环境与其他天体环境的区别,地球上存在着大气圈.在距地面15-40公里高的那一层大气中含有一定浓度的臭氧(称臭氧层),保护着地球不受高能紫外线的辐射;大气中含有一定数量的CO2,使地面保持适中的温度,有利于生物的生长和繁衍;地表覆盖一层或厚或薄的土壤,为植物提供生长的基地地壳的厚度很适中,它厚到足以把岩浆覆盖在地下足够的深度,又薄到足以维持一定的火山活动,使地壳深部和浅部之间保持一定的物质交换.由于这些条件,使地球成为迄今发现的唯一存在智能生物的天体,生命对地球环境的意义,长期以来，人们一直认为，前面提到各种“优越”条件，创造了地球上的生命。近年来，一些科学家提出了具补充性的相反看法。他们反因为果，认为地球环境的的独特性在于它是一个靠生命来捕获、转移和储存太阳辐射能，靠生命活动来驱动地球表层物质循环，靠生命过程来调控地表各种过程的开放系统。也就是说，不仅是地球上“优越”的条件创造了生命，而且是生命活动创造了今天的地球环境。这一观点由盖娅(Gaia)提出,被称为盖娅理论。,地球物质通过生命过程的循环,地球表层物质和能量的循环是靠生命活动实现的。据粗略估算:1 至今地质历史上所有生物的累计总质量是地球质量的1000倍以上。2 水圈中全部的水每2800年通过生物体循环一次；3 大气圈中的氧气每1000年全部通过生物代谢过程一次；4 沉积岩中全部的碳都是生物固定的，如果没有生物，就没有石灰岩等碳酸盐岩的形成；5 如果没有生物吸收人类工业化以来排放的CO2，则今天大气圈的CO2将增加1000倍，浓度将达到30%以上.便不适合人类和一切生物的生存了。因此，盖娅理论认为，地球的现状是生命参与地质历史过程的结果，地球现在的状态也是靠生命活动调节、控制和维持的。,地球环境的圈层结构,大气圈水 圈土壤圈岩石圈生物圈,地球各圈层的生成和演化,早期的地球和原始大气圈 地球在4547亿年前形成的时候，是一个炙热的大火球，为原始大气所包围.原始大气圈主要由H2、CH4、NH3和水蒸气等组成，是一个还原性的大气圈（完全不同于现代的氧化性大气圈）。我们今天所见的地球各圈层，是经历了亿万年的发育才形成的。水圈的出现 大约在38亿年以前，地球上出现了水。水的来源机制尚未有定论，但年龄为38亿年的最古老的沉积岩为水出现的时间提供了确凿的证据。水的出现是地球发育史的第一个重大事件。水分的蒸发和降雨，降低了地表的温度，产生了河流、湖泊和海洋，为地球生命的出现创造了最基本的条件。,地球各圈层的生成和演化,地球上生命的出现 地球史上第二个重大事件是生命的出现。南非地层中发现的30亿年以前的细菌化石为地球生命的起源提供了确凿的证据。尽管对生命起源的机制也有种种不同看法，但一般都认为生命起源于海洋，因为当时还原性的大气圈还不能向地球提供必要的保护，使之免遭强大的太阳紫外线的袭击。频率高达1022赫兹的太阳辐射足以毁灭一切生命，除非这些原始生命处于海洋水层的保护之下。早期生命的对原始大气圈的改造作用 早期细菌通过发酵作用取得能量，并在生命过程中放出CO2，逐渐改变原始大气的组成。到大约20亿年前，出现了更为进化的细菌和蓝藻一类生物，开始了一种新的生命过程光合作用，使大气圈中首次出现O2。有两种地质学证据证明O2的出现：20亿年以前的叠层石未遭氧化而此后的叠层石已被氧化；20亿年前形成的许多有经济价值的富铁岩石是海洋中还原态铁被氧化后沉积的。,地球各圈层的生成和演化,现代大气圈的形成和意义 经过大约4亿年的积累，到距今16亿年以前，一个含氧的大气圈终于形成。性质极其活泼的O2对大气圈进行了一场“氧革命”：它与CH4作用生成CO2和H2O，与NH3作用生成N2和H2O，在高空中O2分子相互作用生成O3。这些反应不仅进一步改变了大气圈的组成，而且O3在高空的积累逐渐形成了保护地球的臭氧层，为更高等的海洋生物进化和生命登上陆地创造了条件。现代生物圈的形成 此后，生命进化的过程加速。12亿年前出现最早的真核细胞。5亿年前出现海洋无脊椎动物，4.5亿年以前，在温暖湿润的河口地带，一种叫做顶囊蕨的植物开始登陆。哺乳类动物出现在2亿年前。今天，大约有500万至5000万种生物组成了五彩缤纷的生物界，构成了包括人类在内的生物圈。,大气圈的特点和性质,根据流星和北极光的最高发光点推算，地球表面800 千米以上高空仍有稀薄的空气。因此，一般把大气圈的厚度定为1000 千米。大气圈的总质量相当于地球质量的百万分之一。大气质量在垂直方向上的分布极不均匀，在地心引力作用下，大气的质量主要集中在大气圈的下部，其中50%集中在离地面5 km以下，75%在10 km以下，90%在30 km以下。按照其分子组成，大气可分为均质层和非均质层。均质层是从地表至90千米高度的大气层，虽然其密度随高度增加而减小，但除了水汽的含量变化较大以外，其他组分的比例大体稳定。这种均质性是大气低层的风和湍流运动的结果。非均质层位于均质层之上，根据其气体成分又可分为四个层次：氮层（距地面90-200 km）、原子氧层（2001000 km）、氦层（11003200 km）和氢层（32009600 km）。,地球大气圈按热量状况的分层,目前世界普遍采用的大气圈分层方法是1962年世界气象组织（WMO）执行委员会正式通过国际大地测量和地球物理联合会（IUGG）建议的分层系统，即根据大气温度垂直变化特征，将大气圈分为对流层、平流层、中间层、热成层和逸散层,地球大气的组分及其精巧平衡,组成地球大气的多种成分可分为稳定组分和不稳定组分。前者包括氮、氧、氩、氦、氪、甲烷、氢、氙等，这些气体之间的比例，从地表到90千米的高度范围内都是固定的。大气的不稳定组分包括二氧化碳、二氧化硫、臭氧和水汽等。此外，大气中还含有一些固态和液态杂质，主要是火山、地震、岩石风化、森林火灾和人为活动产生的烟尘、硫化物和氮氧化物等。地球各圈层，尤其是生物圈各组分，与大气圈保持着十分密切的物质和能量的交换，使大气各组分之间保持着极其精巧的平衡。如果这种平衡一旦遭到破坏，就会对整个生物圈造成灾难性的后果，人类赖以生存的环境亦会遭到破坏。,大气圈中的氧,大气中氧的含量为21%，这是亿万年来生物圈进化与大气圈相互作用的结果。30亿年前，大气圈中氧浓度只有现在的千分之一，地表没有生命。到距今6亿年时，氧浓度达到现水平的百分之一，生命开始出现于水面，成为生命史的第一个关键浓度。到4亿多年前，氧浓度达现水平的十分之一，生命才能从海洋登上陆地，这是生命史上的第二个关键浓度。此后，大气氧浓度逐渐达到了现有水平，标志着大气耗氧与复氧过程之间达到某种平衡.如果大气圈氧浓度下降，则不仅生活在低海拔的人会经受高山反应之苦，而且氧化反应受到抑制，燃料燃烧产生的一氧化碳等有毒气体就积累在大气圈中。相反，如果大气氧浓度增高，比如从现有的21%增高至25%，则雷电就能把嫩枝和草地点燃，造成连绵不断的火灾，使全球植被遭到破坏。,大气圈中的CO2,20-30亿年以前，大气圈中CO2的浓度很高，约为今天的10倍。到16亿年前，随着含氧大气圈的形成，大气CO2的浓度逐渐下降到先有水平。一定浓度CO2的存在，对地表温度的调节很重要。因为CO2和某些气体具有能让太阳辐射中的短波辐射通过而滞留地表长波辐射、使地表增温，即所谓“温室效应”。若无这些温室气体的存在，有关计算推断地球的年平均温度应为18，而不是现在的1315。就是说，天然CO2的温室效应使全球温度上升了3133。当前大气圈CO2的浓度约为0.03%，在人为活动影响下渐趋上升，使温室效应增强。另一方面，如果CO2等温室气体浓度下降，则会引起温度下降。小幅度的下降将导致生长期缩短，作物产量下降；较大幅度的下降，例如全球气温下降45，则将引发一个新的冰期。,大气圈中的甲烷,大气圈的另一种敏感的微量组分是甲烷，其浓度为1.4 ppm。如果其浓度较高，在现有的氧浓度下就会因闪电而燃烧。更为重要的是，甲烷的温室效应比二氧化碳强300多倍，它所造成的增温作用占全球人为增温作用的1/4(CO2占1/2,其他温室气体占1/4)。天然沼泽和水稻田是产生甲烷的重要场所。反刍动物胃中产生的甲烷也是大气圈甲烷的重要来源。,地球大气组分精巧平衡的意义,大气圈各组分之间保持着精巧的平衡，这是地球环境亿万年来发展的结果。保持这种平衡可保护人类赖以生存的生物圈.破坏这种平衡就是破坏生命的基础。然而，人类社会实现工业化以来，规模和强度日益加大的人类活动正在破坏这种平衡，这是人类面临的重大环境问题之一。,水 圈,海洋和陆地上的液态水和固态水构成一个大体连续的圈层覆盖在地球表面，称为水圈。它包括江河湖海中一切淡水和咸水、土壤水、浅层和深层地下水以及南北两极冰帽和各大陆高山冰川中的冰，还包括大气圈中的水蒸气和水滴.水圈是对地球表面和接近地球表面的各种形态的水的总称。,水圈的结构,水对地球环境和人类生存的意义,地球所以能够成为一颗智慧星球，水是一个关键因素。各种生命起源的假说都离不开水这一要素。水是任何生物体构成的基本成分。动物体平均含水70%，植物体平均含水4060%。有的生物体含水量很高，如水母身体中的含水量占其体重的95%。水对生物的重要作用还在于水是生物新陈代谢的介质。生物通过水从外界吸取养分，通过水把各种营养物输送到机体的各个部分，又通过水把代谢产物排出体外。水作为介质把生物体的营养和代谢过程联系起来，通过这一过程维持着生命的活力。水对生物体还起着散失热量、调节体温的作用。研究发现，人类血液中所含的矿物质为9 g/L，与30亿年前的海水是相同的。静脉点滴用的生理盐水为0.9 g/L的NaCl溶液，与原始海水一致。这似乎说明，现代人的身体内流动着几十亿年前的海水。,水的性质对地球环境和人类生存的意义,水的优异的性质决定了它对人类生存环境的意义。1 水是无色透明的，允许太阳光中的可见光和较长波的紫外光通过，使到水面以下的一定深度的水生植物均能进行光合作用，而对生物体有害的短波紫外线则被阻挡在外。这不仅对地球上生命的起源和进化起重要作用，对今天生活在水的各种生物也有重要作用2 水的一种极好的溶剂，为生命过程中营养物质和废弃物的传输提供最基本的媒介。水的介电常数在所有液体中是最高的，使得大多数离子化合物能够溶解于其中，并发生最大程度的电离，这对生物吸收营养物质和在生物体内进行的各种难过化过程有重要意义。,水的性质对地球环境和人类生存的意义,3 除液氮外，水的比热是所有液体和固体中最大的，水的蒸发热也最高，这使地表水体白天能够吸收太阳光的热量，夜晚又可将热量释放到大气中，从而避免了激烈的温度变化，使代表温度保持在一个相对恒定的范围内。月球的表面都是岩石，石头的比热只有水的20%，所以语文求表面的温度变化可以从+120度到-150度。,水的性质对地球环境和人类生存的意义,4 水在摄氏4度时密度最大，这一特性在控制水体温度分布和垂直循环中起重要作用。在气温急剧下降的夜晚，水面上较重的水层向下沉降，与下部水更换，这一过程使溶解在水中的氧及其他营养物质得以在整个水域分布均匀。水生生物可以在摄氏4度条件下生存。5 冰轻于水。冰的密度比水小，为0.92 g/cm3，可以浮在水面上。这一特性对水下生物具有十分重要的作用。否则，气温降低时，在水面结成的冰回沉至水底，导致整个水体完全冻结，给水下生物带来灭顶之灾。,海洋对人类环境的作用,世界海洋大约覆盖地表71%的面积，平均深度为3800米。世界海洋的总体积约为13亿立方公里,海洋容纳的水量占地球水圈总水量的97%，也就是说,海洋是水圈的主体。海洋对人类的重要性首先表现在气候方面。水的热容量很高，巨大的海洋水体储存着大量热能，这些热的获得或释放都十分缓慢。因而海洋能有效地调节气温，使季节性温度差异变得和缓。另外，海洋给大气圈提供了大量水蒸气，这是降落到陆地上的雨水的基本源泉，从根本上说也几乎是人类生活淡水的唯一来源。海洋生物给人类提供了一部分但却重要的食物。海洋还给人类提供了四通八达的“不留痕迹的路面”。海洋和陆地的接触带对人类来说是一种独特的环境。总之，海洋在发展人类文明方面一直起着巨大的作用。,自然界水的循环,地球水圈各部分的水不是静止的，而是处于不断的变化和循环之中。地球各部分的水在太阳照射下，通过广大的水面和土面的蒸发以及植物茎叶的蒸腾，化为水气，上升到空中，然后在大气环流推动下，输送传播到各处。当水气上升遇冷时便凝结，以雨、雪等形式降落下来。这些降落下来的水一部分渗入地下，成为土壤水和地下水；一部分经植物吸收后再经茎叶蒸腾至大气中；一部分又直接从地面蒸发进入大气中；更多的则是以地面径流形式汇入江河湖泊，再注入大海。而大海中的水又会再蒸发到大气圈中。如此循环往复，永无终止。这就是自然界中的水分循环。水分循环可分为大循环和小循环两种。一般说来，水被蒸发后凝结成雨，未经很大距离的移动就降回原处的称为小循环；而水从海面蒸发后，水气被大气环流输送至大陆上空，经凝结又降落至地面，通过河流再汇聚入海的，便称为大循环。,地球表面的水量平衡,水分循环是由蒸发、水气输送、降水和径流四个环节构成的。这四个环节在地球表面构成水量的相对平衡体系，即：1海洋表面的年平均蒸发量等于降到海洋表面上的降水量与河道径流量之和；2陆地表面的年平均蒸发量等于降落在地面上的降水量减去河道径流量。3.将上述两点叠加起来即可以得到：海洋表面及陆地表面的总蒸发量等于海洋表面和陆地表面的总降水量，即全球总蒸发量等于全球总降水量。,地球表面的水量分布,土壤圈,土壤是地球陆地上能供植物生长与繁殖的疏松表层。除了江河湖海等水体和两极冰盖与高山冰川覆盖的地区以外，几乎都有土壤存在。即使在岩石出露或流沙覆盖的地方，也可能有原始土壤和风沙土的发育。因此，各种土壤在地球表面形成一个断续分布的圈层，覆盖于岩石圈之上，其厚度由几厘米至几米不等。在炎热湿润的热带亚热带地区，有些土壤的厚度可能达几十米。这就是土壤圈存在的范围。,土壤对人类生存环境的意义,土壤由岩石演化而来,土壤与岩石的不同之处在于它具有肥力,即具有提供和调节水,气,热和营养元素的能力,为植物的生长提供了必要条件.正是薄薄的一层土壤才使地球上有了广阔的森林,草场和农田,岩石圈,岩石圈是人类生存环境中最下面的一个圈层，又是地球内部各圈层的最外层。众所周知，地球内部也分成几个圈层。从地心向外，分别是固态内核、液态外核、地幔和地壳。一般人常将岩石圈看作为地壳的同义语，包括地球最外层的岩石、风化壳和土壤，平均厚度为3335千米。,地球内部各圈层,岩石圈对人类生存和发展的意义,岩石圈质量仅占地球的0.2，厚度仅及地球半径的0.5,形象地说，就象一只苹果的外皮那样薄薄的一层。然而正是这个薄层内包含了大陆与海盆，也是大陆与海洋沉积物、海洋盐类、大气圈气体、地球上一切自由水的源泉。同时，它是人类所需各种化石燃料和矿物原料的储藏所。,岩石圈向人类社会提供化石燃料,从人类全部历史来看，化石燃料大规模使用的历史尚不足200年。历史上长期使用的燃料是薪柴、木炭、作物秸秆和畜粪。直至1895年，工业发达的美国和欧洲大陆的能源结构中木材仍占90。进入20世纪以后，煤炭才开始占主导地位。石油更是一个后来者，从1920年起其开采量大幅度上升，开始了能源供应的“石油时代”。从1929年至1971年，世界煤炭产量增长了70，同期石油产量增长了1000。,岩石圈向人类社会提供矿物原料,人类利用矿物原料的历史不算长，大约在公元前6000年人类首次学会从矿石中提取金属，进入青铜时代。公元前1600年又学会了提炼更坚硬的铁，进入铁器时代。3000年以后，到了公元1709年，英国人达比发明了用焦炭作燃料熔炼铁，才进入近代的钢铁时代，钢铁也成了现代一切工业的基础。人类利用矿物资源的种类与数量与日俱增：原始人一生只需要几千克至几十千克石头打制石器；农业社会的农民一生也只需要几千克铁和铜制造简单的农具，迄今许多发展中国家的农民依然使用着极其简单的农具；工业化社会对矿物资源的消费却大得多，70年代一个美国公民每年要消费钢铁9.4吨、有色金属约6吨（其中铅7.25千克，主要用作汽油添加剂，现已废止）、沙砾石3.55吨、水泥227千克、粘土91千克、盐91千克，总计各种金属和非金属物料约20吨。,生物圈,生物圈的概念是1875年奥地利地质学家休斯首次引进自然科学的，但直至1920年代苏联地球化学家维尔纳茨基在苏联（1926年）和法国（1929年）作了题为“生物圈”的两次讲演之后，才引起人们的注意。生物圈是指地球上有生命的部分，即地球上所有的生物，包括人类及其生存环境的总体。这个概念尽管简明，却不甚明确。因为在一些极端环境下，例如大气圈相当高的地方（9000米以上）、非常干旱的荒漠中、严寒（190）和酷热（140）的环境中，虽然难以维持代谢过程的进行，但在这些地区仍能找到真菌的孢子。因此，除了我们周围生机勃勃的生物圈以外，还存在一个界限不甚明确，有着某些休眠形式生命的“副生物圈”（parabiospere）。,生物圈的演化,生物圈的发育经历了大约30亿年的历程。从30亿年前出现原始细菌开始，20亿年前出现了能进行光合作用的固氮生物，释放出氧气，并在约16亿年前形成了含氧气的大气圈。7亿年前出现了多细胞生物，5亿年前海洋中出现了无脊椎动物，4.5亿年前生物从海洋登陆。只是最近2亿年前才出现哺乳类动物（表1.1）。在这漫长的历史长河中，由于地壳的变化、气候的变异和其他种种原因，有些物种消亡了，新的物种产生了，形成了今天由大约一千万物种（迄今已鉴定了约180万物种，其中2/3为昆虫。全球物种总数估计为500万5000万种，其中3/4在热带地区，尤其集中在热带雨林中）组成的五彩缤纷的生物圈。,生物圈对地球环境的意义,生物的出现，将大气圈中大量的CO2转移到岩石圈中，形成了大量的碳酸盐岩石，不仅改变了岩石圈的组成，而且生物与岩石风化物的相互作用，在地表上形成了土壤。可见土壤圈的形成是与生物圈息息相关、互相促进的。第四纪多次出现的冰川作用，将大多数古土壤消灭殆尽，只有小部分残存在第四纪冰川影响不及的地方，成为研究环境变化的一种证据。从地球各圈层发育的过程中，我们又一次看到生物的能动作用。可以毫不夸张地说，地球今天的面貌是生物创造的。爱护和保护生物圈，就是爱护和保护地球和人类的现在和未来。,人类在“人类-环境系统”中的独特地位和作用,“人类-环境系统”,“人类-环境系统”是指由人类与自然要素和社会要素组成的系统.地球环境的演化和人与环境的相互作用,促使了现代”人类-环境系统”的形成.自然要素包括人类赖以生存的空气,阳光,水,土壤,矿物,岩石和生物等,以及由这些要素构成的地球各圈层,大气圈,水圈,土壤圈,岩石圈和生物圈.这些要素组成了人类的生存环境.社会要素是指人类的社会制度等上层建筑条件,包括社会的经济基础,城乡结构以及同各种社会制度相适应的政治,经济,法律,宗教,艺术,哲学的观念和结构等,有人认为这些社会要素组成了另一个地球上的新圈层-称智能圈或人类圈.,“人类-环境系统”中人类与环境内涵的演化,人类出现以后,人类与地球表面的环境组成为”人类-环境系统”在这一系统中,作为中心事物的人经历了由 生物人原始人社会人的演化过程。相对于中心事物的人的环境经历了由自然环境人工-自然环境人工环境与社会环境的演化过程。,人类生态圈中的独特物种,人类在人类-环境系统中有三重身份:环境的成分,环境的产物,环境的改造者和创造者。首先,人类机体的基本成分均源于自然环境。人体必须不断地与生态圈中的基本生命维持系统交换物质和能量,以保持自身的稳定。其次,人类与其他生物一样是活有机体,处于消费者的地位,参予地表物质的生物循环,且有基本的生理要求。人类必须依赖于生物圈,从中获得生存所必须的食物、氧气和水。并且,人类新陈代谢的产物也必须由周围生物来处理掉。人类作为生物长期演化的最性阶段的产物,必须尊重自然生命史十几亿年进化所产生的生命秩序,把自己看成是生态圈有机联系网络中的一名成员。第三,最本质的一点是人类不仅是生态圈的产物,同时还是自己所创造的社会和文化教育的结果。参与社会活动,服从社会的要求和指导,具有一定的社会地位,执行一定的社会功能,有理想和追求,并有实现这种理想的能力。.这就是说,人类在环境中一身兼具三重身份。前两者是自然造成的,是人类永远无法摆脱而必须服从的。这是人类的自然属性。后者是社会教育的结果。人类对此有一定的选择和改造能力。这是人类的社会属性。,自然属性的人与环境的关系,生物生态学概念的环境包括生物体周围的其他生物和无机自然界。它们与作为主体的生物之间存在着种种客观的生存、营养关系和因果关系。从这个意义上讲,人类与环境的关系显然有一部分同于这种关系。因为从生物生态学的角度看,人类与别的有机体一样,也参予生物圈的运作。人类在自然食物网中的位置属一级、二级或三级消费者。与别的动物一样,人也吸入空气,呼出二氧化碳。人死亡以后,身体有机质被微生物分解,转话为大自然界中的无机物质。作为一个生物体,人体也与周围环境进行物质和能量交换。在这方面最著名的例子是,早在六十年代,英国地球化学家埃利克 汉米尔顿等测定了并在对数坐标中比较了岩石和人体血液中 60 多种元素的丰度后发现,除了原生质中的碳、氢、氧、氮和岩石圈中的硅以外,人体组织中元素的丰度与地壳中元素的丰度两者之间有惊人的相关性。这一情况向人们展示了一个真理,即人体不是超自然的特殊物质,而是地壳物质演化的产物。人体的组成是人类在漫长的岁月中,通过新陈代谢,与环境进行物质、能量交换,并通过遗传、变异等过程建立了动态平衡的结果,人体血液元素与地壳元素的相关性,自然属性的人在人类-环境系统中的能力,作为一个生命有机体,人类具有基本的生物功能:（1）有主动捕食的能力;（2）有生殖的本能和繁殖能力;（3）有寻找并占据有利环境的能力;（4）有与其他生物争夺生存资源的能力;（5）有依赖于其他生物,并为这些生物创造有利生 存环境的能力;（6）有对环境的依赖性,即当环境的变化超过一定的限度后,人类便不能生存。,自然属性的人与其他生物的区别,作为消费者有机体,人类的食性是所有动物中最广泛的。这使他们能在广泛的范围内与各种各样的生物之间发生食物关系,因而具有最有利的生态优势和广阔的生存空间。但作为一个种群而言,人类群体与一些社会性的动物,如蚂蚁和蜜蜂,是完全不同的。在动物聚集体中,个体的分工是完全由生理遗传特征本能地决定的。而人类不具有这种遗传特性。人类的自然属性也不足以协调社会成员之间的关系,而必须由更为重要的因素即社会因素来调节控制。在这方面,人类的某些自然属性不再像一般生物那样直接表现出来,而是以更为复杂的形式曲折地表达的.,人类在”人类-环境系统中有独特能力的原因,在体力上,在许多器官的功能上,人体没有什么优势可言,甚至比许多其他生物更不能适应自然环境,特别是人类裸露的躯体和长时间的婴孩发育阶段,使得人体面临的生存压力和危险大大加重了。作为补赏,自然历史在人类身上发展出的高度发达的思维器官大脑。人类大脑不仅具有一般动物的第一类反射系统(且更加完善),还在此基础上产生了特有的第二类反射系统,从而可以自觉主动地处理外界环境变化的信息,认识到不同环境因子对人类的意义,避开不良环境,同时提高自己的认识能力。这种独特的能力使人类在更好地适应自然环境方面不再依靠生理器官的变异,而是更多更直接地依靠文化的进步。,社会属性的人在”人类-环境系统”中的能力,人类的社会属性主要表现在:（1）有通过社会教育获得认知周围事物的能力;（2）有作出价值判断的能力;（3）其行为具有目的性和组织性;（4）有在行动过程中更新认识和自觉调整的能力等等。上述特征使人类的行为,能体现出整个以往人类史和他依赖的社会集体的力量,从而极大地加强了人类在自然环境中的地位。人类的社会属性是人类的第二本质,是人类为了更好地适应和利用周围环境,在其成熟的自然属性的基础上发展起来的。社会属性的形成从根本上改变了人与自然环境的关系,但也造成了不少新的严重的问题。如人类对环境控制能力的增强和医学水平的不断提高,明显地改变了定向的自然选择作用,引起自然生态系统中物种的退化和灭绝,不断地打破人类与正常自然环境之间的精巧的平衡。,以“社会人”为中心的环境,“人类-环境系统”中的人是指人的群体,是指具有不同文化程度和不同的社会组织程度的人的群体或集团。可以将其简称为“文化人”、“文明人”、或“社会人”。从这个角度看,人类已经从动物本能和天然遗传中解放了出来。目前,人类的进化主要是在文化方面,而不是在生物学方面。人类的才能部分地是由于其遗传造成的,但更主要地应归功于其文化的发展。因此,在这里,我们所说的环境,既是指人类赖以生存的自然条件和物质基础(自然资源),也是指人类的生产活动、生活活动和社会活动影响下而形成的环境。,以“社会人”为中心的环境的类别,有些学者把以“社会人”为中心的广义环境分为 4 类:（1）第一环境,即自然环境,或叫原生环境,其中包括对人类有益的自然条件和对人类有用的自然资源,也包括对人类有害的自然灾害过程,如地震、火山等;（2）第二环境,又叫次生环境,即被人类活动所改变了的环境,如被绿化的山野、被污染的城市大气、被污染的水体和被破坏的森林等;（3）第三环境,即由人工所建造的房屋、道路、城市、和各项设施组成的人工环境,及（4）第四环境,即由政治、经济、文化等各种因素所构成的社会环境。上述第二环境和第三环境可以分别简称为人工-自然环境和人工环境。,“人类-环境系统”中环境要素的特点,环境要素是构成环境系统的基本组分,有三大特点:1 最小限制律 环境质量不决定于环境诸要素的平均状况,而决定于距最优状态差距最大的要素2 等值性不管各环境要素在规模上或数量上差别有多大，但只要是一个独立的要素，它们对环境质量的作用并无量的差别3 环境的整体性大于诸要素之和.各种环境要素相互联系相互作用的结果产生了比所有环境要素简单相加之”和”丰富得多和复杂的多的属性,产生了质的飞跃,人类活动“人类-环境系统”变化的巨大营力,新兴的地球系统科学认为,影响地球表面“人类-环境系统”变化有三大驱动力:第一是日地作用,第二是地核驱动,第三是人类活动。日地作用和地核驱动是引起“人类-环境系统”变化的真正外部作用力,而人类活动对“人类-环境系统”的干扰则是内部作用力的外化。目前 这种外化了的内部作用力引起的环境变化在某些方面已经接近或超过了由自然因素引起的环境变化的强度和速度。,人类活动与环境相互作用的特点,特点之一:对立统一性 人类作用于环境,当其作用力超过环境的自我调节能力时,受作用的环境必然反作用于人类。即人类对环境的作用和环境对人类的反作用互为因果,互相依赖,构成一个对立统一体。,人类活动与环境相互作用的特点,特点之二:正相关性 人类对环境的作用愈强烈,环境的反作用也愈显著。人类作用呈正效应时(如实行环境保护措施),环境的反作用也呈正效应(提高环境质量,有利与人类生存、健康和社会经济发展)。反之,人类将受到环境的报复(副效应)。,人类活动与环境相互作用的特点,特点之三:时间和空间上的可分离性 从时间上看,环境的反作用可以与人类的作用同时发生,也可以滞后人类的作用。从空间上看,环境的反作用可以发生于与人类作用于环境的同一区域范围内,但环境的反作用亦可易地发生,或在更大更宽的区域范围内发生,有时甚至会产生全球性影响。这是当前人类关心的热点。由于人类长期对环境施以副效应的破坏,实际上,人类目前正同时受到环境的两重报复:积分报复(环境对历史上人类长期作用的迭加报复)和瞬时报复(环境对人类现时作用的同步报复),