物理知识系列讲座（5）——物理学与环境科学
环境是人类赖以生存、繁衍和发展的基本条件，环境问题已成为当今世界关注的重大问题。在这一前提下产生的环境物理学，是一门由环境科学与物理学发展起来的交叉学科。它是用物理学的观点来研究发生在大气圈、土壤圈、生物圈、水圈、冰雪圈等环境中的物理现象、规律及物质和能量的输运过程，研究大气热力学与动力学过程、大气中辐射与湍流、污染物的输送、能源与环境等问题并建立物理模型，研究声、光、振动、电磁场和射线等对人类的影响以及控制、防护或消除这些影响的技术途径。物理学与环境有着密切的关系，环境的运行机制，环境问题的成因、危害及其防护手段等都体现了物理学知识和技术的应用，因此物理学是环境科学的基础。本章将介绍人类活动与环境的相互作用，环境的物理运行机制、生态平衡、人类面临的环境问题。
第一部分 人类活动与环境的相互作用
人类的生活有赖于环境，但在人类活动及人类对自然的改造过程中又对环境造成了破坏。本节简要介绍环境的概念，并对人类活动与环境相互作用进行历史性的回顾。
一、什么是环境
环境是指围绕生物群的空间以及直接或间接地影响生物生存和发展的各种自然因素和社会因素的总体或者说是以人类社会为主体的外部世界的总体。这里所说的“外部世界”既包括自然要素，如阳光、大气、陆地(山地和平原)、水体（河流、湖泊、海洋等）、森林、土壤、矿藏、草原、水生生物和野生动植物等，也包括人类加工改造过的自然要素，如城市、居住区、水坝、港口、交通、名胜古迹、风景园林等等，而且还包括上述物性要素和社会因素所构成的系统及其所呈现的状态。人类所居住的地球，自内向外呈圈层结构。与人类关系最密切的是地表几个圈层，包括岩石圈、大气圈、水圈三个基本圈层，及在三个基本圈层相互作用、相互制约、相互转化的交错圈层上产生的土壤圈和生物圈，它们共同组成了人类的自然环境。人类的生存环境又主要指自然环境中的生物圈，它主要位于上起大气圈下部的对流层顶部，下至岩石圈表面层，一般包括地表以上10km和海洋表面以下11km范围。生物圈是地球上所有生物（包括人类）及其生存空间与环境的总体，也可以说是指供一切生物生存的地球的表面层。这个表面层里有空气、水、土壤和岩石，能维护生命。由于生物同环境的相互作用，经过100多万年的进化，形成了今天的生物圈。它是自然界的一个基本活动单元，包括不同的生物（动植物、微生物）和自然紧密结合的有机体以及它们的无生命环境。但是随着科学技术的发展，人类活动的空间已远远超出这个范围，但核心依然是生物圈，因为在这里才能提供人类正常生活所必需的基本物质条件如空气、水、食物等。人类的生存环境也不同于动植物的生存环境，它体现着自然因素和社会因素的共同作用，是人类周围所有事物和力量的总和。
二、人类活动与环境的相互作用
环境既是人类赖以生存和发展的基础，也是人类开发利用的对象。人类是环境的产物，又是环境的改造者。人类与环境始终处于一种相互影响、相互作用、相互依存的关系之中。在人类历史发展的早期，环境问题虽然已经存在，但人类活动对环境所造成的影响大多只限于局部区域，这种影响不至于成为人类社会生存和发展所最优先考虑的问题。古代人类对自然环境十分依赖，人类活动只是利用环境而很少有意识地去改造环境，一般以采集和捕获自然食物的方式与环境进行物质和能量的交换。当时存在的环境问题主要就是人口的自然增长而增加了人类对食物的需求，以致于滥用环境资源而造成生活资料缺乏所引起的饥荒。后来，为了解除这一环境威胁，人类被迫扩充食物来源，或者扩大自己的生活领域，迁徙到更适宜生存的地方。为了得到更加丰富的食物，人类不仅积极有效地利用了环境，同时也在有意识地改变着环境。人类逐渐摸索出了如何去创造生产工具、发展生产技术、改变生产方式，以获得物质财富。
随着人类学会了驯化动物、培育植物及使用生产工具，于是有了农业和畜牧业，这在人类生产发展史上是一次重大的进步。由于农、牧业的发展，人类改造环境的作用日益明显，也就出现了相应的环境问题，因改善住居条件而盲目地大量砍伐森林，因开垦土地而破坏草原、植被，从而引起严重的水土流失，使大片沃土沦为沙漠，导致水旱灾频繁等等
人类活动和环境的相互影响是由人类社会发展状况和环境条件的不同所决定的。自然环境的存在和发展完全按照自身的规律进行，而人类的生存和发展不仅受生物规律的支配，还受社会规律的影响和制约。由于这种区别和差异的存在，在自然环境的客观属性和人类的主观愿望及要求之间、在自然环境的客观发展过程和人类有目的的生产和生活活动过程之间，就不可避免地产生和存在着种种矛盾。人类就是在与环境的不断矛盾和抗争中发展起来的。随着人类的不断进步和发展，自然环境也相应地发生了巨大改变。
当人类具备了从全球尺度上改变环境的能力时，环境的变化也开始步入了一个独特的发展阶段。在这个阶段，环境变化不仅受到太阳和地球轨道变化以及地球内部变化等自然因素的影响，而且还受到人类活动的影响，环境的变化已经完全无法按照自身的所谓“自然轨迹”运行。这就使环境的变化越来越展现出一种不确定性，从而给人类社会的生存和发展提出了更严峻的挑战。
20世纪以来，工业大革命的兴起，人类以空前的速度去改造环境和征服自然。恶性膨胀的城市带来了大量的生活垃圾、污水、工业废气及化学烟雾。工业的发展又必然导致对自然资源的掠夺性开采，大规模的露天采矿把大量的对人体有害的元素散落到地球表面，造成了对环境的严重污染和破坏，形成公害。环境问题是伴随着人口问题、资源问题和发展问题而出现的，人口剧增是环境问题产生的重要原因。生态破坏的主要原因是人类不能充分节约利用自然资源，过度地向环境索取，超出了自然环境的承载限度。直到20世纪50年代后，环境问题的严重性才逐渐为人们所认识。
科学技术是一把双刃剑。科学技术为人类创造了优越的物质生活条件，同时由于人类认识的不足和科学技术水平的限制，人类在利用科学技术改造自然的过程中也造成了对环境的破坏。近40年来，随着科学技术迅速地发展和生产力水平的提高，人类从自然界获取的资源越来越多，向自然环境排放的污染与日俱增，给人类的生活和健康带来了严重的危害，从而引发了世界性的环境问题。从某种意义上说，忽视环境因素的“科学技术”将阻碍社会的可持续进步。当前的主要环境问题主要是大气污染、水体污染、全球变暖、臭氧层破坏、水土流失、土地荒漠化、能源危机、物种灭绝加剧和生态平衡的破坏等，这些问题严重阻碍着全球经济的发展和和人类生活质量的提高，继而严重影响着人类的未来和生存安全。
上述世界性的环境问题已引起全球许多国家的关注。30多年来，世界各国一直在研究人类与环境的关系，并形成了许多共识，人们的环境意识在不断增强。
第二部分 环境系统的运行与生态平衡
人类所处的自然环境包括太阳辐射、大气层、土壤、水系和植被等，环境系统的组成、物理状态以及物质和能量的传输过程是生态系统平衡和运行的基础。本节简要介绍地球大气的组成与结构、环境系统的物理运行机制、生态系统及其平衡。
一. 地球大气物理系统
1.地球大气的组成
地球大气圈是地球表面最主要的圈层之一，主要由氮和氧组成。在地心引力、太阳辐射和大气运动的共同作用下，产生着复杂的运动过程，形成了适宜于生物繁衍生长的地球表面环境、温度和大气成分。大气中原来几乎没有氧，氧气是在地球上出现原始生命以后，主要由植物的光合作用产生的。光合作用时地球大气圈中的二氧化碳逐渐减少，氧气逐渐增多，同时在地球大气高层出现了臭氧层，从此地球上的生物开始繁衍起来。
地球大气由多种气体混合组成，主要包括干洁大气、水汽和气溶胶三种形态。在85公里高度一下各种气体成分中，一般分为两类。一类是基本不变成分，主要是氧、氮、氩及微量惰性气体，各成分大致保持不变 ；另一类是可变成分，包括水汽、二氧化碳和臭氧，其中二氧化碳和臭氧占的比例小。水汽比例随时间、地点而变，并有相变，是形成局域地区天气变化的主要原因。二氧化碳和臭氧的含量的变化也影响气候和生物的安全，特别是近年来出现的温室效应和臭氧洞，已引起人们的广泛关注。此外，还有一些如一氧化碳、二氧化氮、甲烷、二氧化硫等微量的碳、硫、氮化合物，尽管含量少，但对人类的健康和环境的影响很大。随着人类活动的增加和生产力的发展，这些化合物的浓度在不断增加。
干洁大气或干空气中，氮、氧、氩三种气体占了空气容积的99.996%。大气中的氧气主要来源于植物的光合作用，植物吸收二氧化碳放出氧气。而有机物的呼吸和腐烂以及燃料燃烧又吸收氧气、放出二氧化碳。因此在生物圈中，碳循环和氧循环是密切相关的。
臭氧是高层大气中O2吸收太阳紫外辐射光子或被光子碰撞离解出的氧，再与其它O2结合的产物（O3），主要分布在10-50公里高度处。臭氧对微生物具有极强的杀伤力，对太阳紫外辐射具有强烈的吸收作用。臭氧层因吸收和阻挡部分太阳紫外辐射能量，能使地球表面平均温度降低1-2℃，也保护了地球上的生命。如果没有臭氧层的存在，地球生物圈就不可能存在。近年在南极、北极和我国青藏高原上空相继发现臭氧洞，这不得不引起人们的高度警惕。
大气中的碳、硫、氮化合物，虽含量少，但它们可以影响大气的辐射平衡，有的能形成改变土壤化学成分的酸雨，有的对人体和动植物产生直接危害。碳的化合物中，最重要的是二氧化碳。它对大气的能量平衡和气候变化起着重要作用。海洋是全球大气圈中二氧化碳浓度的“调节器”。高纬度寒冷洋面主要起吸收二氧化碳的“汇”的作用，而热带低纬度洋面则是释放二氧化碳的源，深海水流能把一部分二氧化碳从高纬度区域带向低纬度区域。因此，二氧化碳是在地圈（地壳）、大气圈（大气层）、水圈（海洋）和生物圈之间循环的。大气中二氧化碳含量的变化主要是人类对煤、石油、天然气等燃料的燃烧所引起的，火山喷发及碳酸盐矿物、浅地层土壤也释放二氧化碳，但相对于燃料燃烧的而言是微量的。二氧化碳能强烈地吸收地球表面发出的长波长辐射，并放出长波辐射能，从而产生“温室效应”而改变大气热量平衡和影响全球气候。其后果是，大气上升1～2℃，从而使极地冰川融化，洋面升高数米，海水淹没沿海城市和土地，形成严重干旱、洪涝灾害性天气。当然，气候变化不仅仅是二氧化碳浓度升高引起的，还有其它因素。大气中硫化物主要是二氧化硫和硫化氢。硫化物来自于地球表面，土壤分解、生物体腐烂、火山爆发噢度可能释放二氧化硫和硫化氢。但目前，它们主要还是人类在燃烧煤和石油时释放的，大城市、工业区的二氧化硫浓度相当大。二氧化硫及其生成物产生的酸雨对生态环境会产生严重危害。氮化合物也是酸雨的重要成分，工业及交通工具在使用燃料的过程中都要释放NO2和NO1等氮化合物，它们能溶于雨滴中生成硝酸及硝酸盐降落到地面。
大气中水汽来自地球表面（海洋表面）及陆地的水的蒸发。蒸发的水汽上升到凝结高度凝结成云，形成降水后又降到陆地和海洋上。降到落地的水，一部分流入和硫、湖泊，一部分渗入地下而成为地下水，然后又从河流和地下径流流入海洋。水汽在环流作用下，在大气、陆地和海洋之间周而复始地循环。大气中的水导致云、雾、雨、雪、雹等复杂的天气现象。水汽饱和，则形成降水。
2.大气层结构
大气系统是一个热力学系统，该系统是研究地圈、水圈和生物圈的物质、能量循环的基础，为了简化，有时可看成是理想气体系统。地球大气圈为层状结构。常用的分层方法如下：（1）按大气的温度结构分为对流层、平流层、中层和热层。对流层是最接近地球表面的一层大气。在大气吸收的总能量中，直接吸收的太阳辐射能约占10%，吸收地面发射的红外辐射约占90%。底层大气受到地面加热，产生强烈的垂直运动。对流层内集中了大气质量的3/4和几乎全部水汽，又有强烈的垂直运动，因此主要的云雾雨雪天气都发生在这一层内。对流层是生物圈中对人类生产生活影响最大的一层。由平流层向上50公里左右的高度称为平流层。平流层水汽含量少，对天气的影响几乎没有。从平流层顶到80～85公里称为中层。中层内大气对太阳辐射的吸收少，温度随高度降低，到顶部温度只有180K。该层是地球大气圈层中最寒冷的部分。中层内水汽极少。还由于尘埃很少，大气的透明度很高。热层是中层以上的大气层。太阳辐射中波长小于0.17微米的紫外线几乎被分子氧和原子氧吸收而使该层温度升高。此外，太阳的微粒辐射和宇宙射线也影响该层的热状况。在100公里以上，大气的热传输主要是热传导过程。热层温度越1000K以上，是大气中温度最高的层。（2）按成分结构，可分为均质层、非均质层。从地球表面到80公里左右包括对流层、平流层、中层在内，由于湍流扩散作用是大气混合均匀。除臭氧等可变成分外，大气的各种成分比例在垂直方向和水平方向都保持不变。这一层称为均质层。均质层以上的大气层称为非均质层。在这一层内，由于重力作用及光化学作用，平均密度随高度减少。地球大气的绝大部分质量集中在包括对流层和平流层在内的50公里以下。另外按大气的电离结构还可分为电离层和磁层，按大气压力结构可分为气压层和外大气层。
整个大气层与外界（地面和大气层外）有物质（如水汽等）和能量（如辐射能）交换，因而是一个开放的热力学系统。所谓开放系统是指与外界既有能量交换又有物质交换的系统。如果忽略物质交换时，则可视为封闭系统。所谓封闭系统是指只与外界有能量交换而没有物质交换的系统。而孤立系统是指与外界既没有物质交换也没有能量交换的系统。描述大气系统状态和物理性质的物理量主要有大气压强、温度、密度、湿度和辐射等，这些物理量在大气中都处于变化之中并彼此相互制约。
3.标准大气模型
地球大气的空间状态是复杂的，大气的温度、密度和压强等随高度是变化的。这些参数对天气预报、航空、军事和空间科学都十分重要。因此人们通过高空探测的资料和理论，规定了一种特性随高度平均分布且最接近实际大气状况的大气模型，称为标准大气模型。在这个模型中，假定大气是干燥的，在85公里以下是均匀混合气体，把空气作为理想气体处理，且处于静力学平衡，。海平面大气的常用特性值如下：空气平均摩尔质量为28.9644kg.kmol-1，重力加速度g0=9.80665m.s-2，大气压强P0=1.01325×105Pa，大气密度ρ0=1.2250kg.m3，大气温度T0=288.15K。
二 .环境系统的物质、能量传输与交换过程
地球环境与大气系统的能量主要是太阳的辐射能，它从根本上决定了地球环境与大气系统的热力学状况。在这个系统中，任何物体都以电磁波的形式向外辐射电磁波能量，同时也接受来自周围的电磁波能量。地球上的大气运动和一切生物的活动能量都来自于太阳。它不断地进行着氢核聚变，因此有巨大的能量向外辐射，不仅发射电磁辐射，还有很强的微粒辐射。太阳活动的强弱具有周期性，它直接影响到地球对太阳辐射的接受，也是引起气候变化的一个原因。地球除了自转外，还不停地绕太阳公转，于是地球上产生了昼夜的交替和季节的变化。根据太阳直射与斜射的程度、昼夜长短随纬度的不同和随季节的变化，可把地球南北半球各分成三个纬度带，即热带、温带和寒带。
土壤圈与大气圈、生物圈有着密切的联系。地面吸收太阳的能量会使土壤的温度升高，使水分蒸发，进而导致土壤中热量和水分的流动，还能使土壤中的气体扩散。土壤中的热、水、气的流动形成了与植物、小动物和微生物生存密切相关的土壤气候。土壤中的热流量影响土壤温度。土壤温度与近地层空气温度有关，反之也然，它们都深刻地影响着局域气候和植物的生长。土壤的热学性质主要由导热率、热容量描述。
地球表面(陆地、海洋)与大气之间动量、热量和水汽通量的输运对大气环流和气候有重要影响。湍流交换或混合构成了地球—大气之间质量、能量和能量的交换机制。海洋界面比陆地界面均匀得多。海洋与大气相互作用能在多种时间和空间尺度上导致动量、物质和能量的交换。一方面，海洋是大气水分循环中水汽的主要来源，另一方面海洋表面受大气风的拖动作用而引起风驱动的洋流。再之，由于海洋热容量大，故海洋具有贮存巨大能量的能力。
地球表面植被的分布及其与大气之间的物质、能量的输运对局域气候也产生着重要的影响。植被冠层内太阳辐射状况对植物的生长和产量的形成十分重要。因此，太阳辐射是决定植被冠层生命活动过程的重要因素之一，也是影响植被冠层生产力的主要生态因子。森林植被对大气边界层结构、大气环流等有重要作用。
生物圈与大气圈物质、能量输运的陆面物理过程主要表现在三个方面：一是陆地表面与大气之间的辐射能量交换，二是陆地表面粗糙元对大气运动的摩擦拖动作用，三是陆地表面与大气之间的感热和潜热交换。水是不断输运的重要物质，蒸发从地球水面、土壤以及雪原上连续不断地发生，土壤中的液态水被植物吸收后通过蒸腾作用以水汽的形式释放到大气中。来自土壤的蒸发和来自植物的蒸腾过程和称为蒸散。蒸散是水循环的基本环节，而且在水的相变过程中涉及到大量的能量转移。在近地面层时刻进行着水的循环和热能循环两个基本物理过程，它们直接影响局域气候和生态系统。
三、生态系统与生态平衡
1 .生态系统及其组成和分类
一个物种在一定空间范围内的所有个体的总和称为生物种群，所有不同种群的生物的总和称为生物群落，生物群落连同其所在的物理环境则共同构成生态系统。也就是说，生态系统是生命系统各部分之间、生命系统与环境系统之间相互作用和相互制约且不断演变而在特定空间达到相对稳定状态的一种组合。其特征是生态系统内部及其与外部之间存在着能量的流动和由此推动的物质循环。
生态系统是多样化的，如一片森林、一片草原、一个湖泊、一条河流等都是生态系统。按其环境特点，生态系统可分为陆地生态系统、水域生态系统。其中陆地生态系统，根据植物群落的特点和结构，又可分为森林生态系统、草原生态系统、荒漠生态系统和冻原生态系统等。水域生态系统则包括海洋生态系统、淡水生态系统、湖泊生态系统、河流生态系统、湿地生态系统、岛屿生态系统等。按照形成条件，生态系统可分为自然生态系统（如原始森林、河流、山脉等）、人工生态系统（如水库、农田、城市、乡村、工矿区等）和半自然生态系统（如放牧的草原、人工森林、养殖湖泊等）。生态系统具有等级结构，即较小的生态系统组成较大的生态系统，简单的生态系统组成复杂的生态系统，最大的生态系统是生物圈。
各种生物在生态系统中发挥其各自的作用，充当不同的生命角色即生产者、消费者和分解者。
生产者的主体是绿色植物以及能够进行光合作用的菌类。生产者吸收太阳能并利用无机营养元素（碳、氢、氧、氮等）合成有机物，将吸收的一部分太阳能已化学的形式贮存在有机物中。消费者主要指动物，它直接或间接利用生产者所制造的有机物作为食物和能源。分解者主要是细菌和部分真菌，它们以动植物残体或排泄物中的有机物作为食物和能量来源，通过新陈代谢作用，把有机物分解为简单的无机物并最终还原为植物可利用的营养物。
2. 生态系统的物质循环与能量流动
在生态系统中，物质从物理环境开始，经生产者、消费者和分解者，又回到物理环境，完成一个由简单无机物到各种高能有机化合物，最终又回到简单无机物的生态循环。通过该循环，生物得以生存和繁衍，物理环境得以更新并变得越来越适合生物存在的需要。在这个物质的生态循环中，太阳能以化学能的形式被固定在有机物中，供食物链上的各级生物利用。
推动生物圈和各级生态系统物质循环的动力，是能量在食物链中的传递即能量流。与物质的循环运动不同的是，能量流是单向的，它从植物吸收太阳能开始，通过食物链逐级传递，直至最后一环。在每一环能量转移的过程中都有一部分能量被有机体用来推动自身的生命活动（新陈代谢）,随后变为热能耗散在物理环境中。生态系统中各种生物数量按能量流的方向沿食物链递减，处在最基层的绿色植物的量最多，其次是食草动物，再次是各级食肉动物，新成一个生态金字塔。只有当生态系统生产的能量与消耗的能量大致相等时，生态系统的结构才能维持相对稳定的状态，否则其结构就会发生剧烈的变化。
3. 生态平衡
每一个生态系统都在不断地进行能量交换和物质循环。所谓生态平衡是指在一定时间内，生态系统中的生物与环境之间，每个生物种群之间，通过能量流动、物质循环和信息传递，使它们相互间达到高度适应、协调和统一的状态。在生态平衡状态下，生态系统结构处于相对稳定的状态，其物质和能量输入输出接近相等。这种稳定表现在两个方面：一是生物种类（动物、植物、微生物）的组成和数量相对比例稳定，二是物理环境（空气、阳光、水、土壤等）保持相对稳定。生态平衡是一种动态平衡，生态系统的各个组成成分都在按一定的规律运动着、变化着，系统中能量在不断地流动，物质在不断地运转，整个系统时刻处于动态之中，生物个体会不断发生更替，但总体上看系统保持稳定，生物数量没有剧烈变化。生态系统之所以能够保持动态平衡，主要是由于其内部具有自动调节能力，例如环境对污染有自净能力。但是生态系统的调节能力再强，也是有限度的。超过了一定限度，生态系统的平衡就会受到破坏，比如一些物种的种群规模发生剧烈变化甚至可能消失，也可能产生新的物种。但这种变化会带来不利的后果，导致生态系统的调节能力被削弱。
生态平衡破坏的原因有自然因素，也有人为因素。自然原因主要指自然界发生的异常变化，如火山爆发、山崩海啸、水旱灾害、地震、流行病等等。人为因素主要指人类对自然资源的不合理利用和工农业生产的大量污染物进入环境。人类对生态系统的破坏影响主要表现在三个方面：一是大规模地把自然生态系统转变为人工生态系统，严重损害了生物圈的正常运行，如过度的农业开发、围湖造田、城市化等；二是过量取用生物圈中的各种资源包括生物的和非生物的，如森林砍伐、动物捕猎、过度利用水资源等；三是向生物圈大量输入人类活动的产品核废物，严重污染核毒害了物理环境核生物组分包括人类本身，如化肥、杀虫剂、除草剂、工业三废和生活垃圾等。生态平衡破坏的结果是，动植物生存环境因素和信息系统破坏，影响生物繁殖，造成生物物种的组分改变，一些物种减少或灭绝，另一些物种突然出现或剧增。生态系统失去平衡，会发生严重的连锁性后果。如，五十年代，我国曾发起把麻雀作为四害消灭的运动，在大量捕杀麻雀后的几年里，却出现了严重的虫灾，这是因为害虫没有了天敌而大量繁殖的结果。我国大炼钢铁时期，大量砍伐森林，使植被破坏，造成水土流失和水调节能力破坏，以致于留下洪涝、旱灾、沙尘暴等频发的隐患。
生态平衡的破坏带来的恶果是很难弥补的。因此人类活动要遵守生态平衡规律，维护生态平衡。
第三部分 人类面临的环境问题
由于人类活动与环境的相互作用，造成了许多环境问题。分析这些环境问题产生的原因及其危害，有利于增强人们的环境保护意识。本节将分别阐述目前人类所面临的若干环境问题包括自然灾害、化学物质污染、物理性污染、能源问题和生物多样性锐减等，以期得到环境问题的解决对策。
一、自然灾害
“自然灾害”属于自然发生的环境问题，是指发生在自然界中的异常现象。有地震、火山爆发、泥石流、海啸、台风、洪水等突发性灾害，也有地面沉降、土地沙漠化、干旱、海岸线变化等在较长时间中才能逐渐显现的渐变性灾害。认识自然灾害，有助于人们对环境的关注和加强对生命的保护。
这些自然灾害有的是在自然规律的作用下发生的，有的则和人类对环境破坏之间又有着复杂的相互联系。例如洪灾、旱灾土地沙漠化以及泥石流与人类对植被的破坏有直接关系，森林和植被的破坏导致水土流失、蓄水能力减弱等是重要原因。地震、海啸、火山爆发、台风等自然灾害的发生是有规律可循的，可以通过科学仪器预测的，准确的预报可以大大减少损失。
二、化学物质污染
在人类的各种活动过程中，由于不断地向环境中排放化学物质。大量的化学物质的排放而超过了环境的自净能力时，环境质量就会发生不良变化，从而危害人体健康，也影响人类对环境资源的利用。这类污染称为化学污染。化学污染主要有大气污染、水体污染、土壤污染以及臭氧层破坏等
1. 大气污染
对环境污染最严重的算是大气污染。大气（由混合气体、水汽气和杂质组成）除去水汽和杂质，其主要成分是氮气（占78.09%）、氧气（占20.94%）、氩气（占0.93%）及其它各种含量不到0.1%的微量气体(如氖、氦、二氧化碳、氪等 )。在干洁的大气中，微量气体的组成也许微不足道，但在一定范围的大气中，出现了原来没有的微量物质时，就可能对人、动物、植物产生不利影响和危害。大气中一些物质的浓度达到一定程度时，就会破坏生态系统、危害人类正常生存和发展，这种情况叫做大气污染。造成大气污染的原因，主要是工业废气、燃烧、汽车尾气和核爆炸等。
大气污染的主要污染物是烟尘和有害气体，主要来源于燃料燃烧（包括交通污染源）和大规模的工矿企业的废气排放包括：颗粒物， 指大气中液体、固体状物质，又称粉尘；硫氧化物，主要有二氧化硫、三氧化硫、三氧化二硫、一氧化硫等；碳的氧化物，主要包括二氧化碳和一氧化碳；氮氧化物，包括氧化亚氮、一氧化氮、二氧化氮、三氧化二氮等；碳氢化合物，如甲烷、乙烷等烃类气体；其它有害物质，如重金属类、含氟气体、含氯气体等。
对大气污染起主要作用的颗粒状污染物质。由化工厂、冶炼厂等排放出来的颗粒状污染物质(氯化铵、氧化锌、氯化镁、二氧化硫雾滴、油状烟雾及碳黑等)的粒度，大多数在1μm以下。粒度在0.3~0.6μm之间的各种浮游物，它们能吸收光线并引起光散射，成为污染区域内视程恶化的主要原因，使得生活在大城市的人们很难看到蔚蓝的天空。大气中的污染物对局部地区和全球气候都会产生一定影响，尤其对全球气候的影响。燃料中含有各种复杂的成分，在燃烧后产生各种有害物质，即使不含杂质的燃料达到完全燃烧，也要产生水和二氧化碳。正因为燃料燃烧使大气中二氧化碳浓度不断增加，破坏了自然界二氧化碳的平衡，以至引发“温室效应”使地球气温上升。污染物质进入人体，会破坏人体的平衡机制，引起各种疾病。
2. 水体污染
水是生命之源。现估计地球上水的总量为13.6亿立方千米，其中97.3%是不能直接饮用或工业用的海洋咸水，淡水只占2.7%。淡水资源中冰山、冰冠中的水占77.2%，地下水和土壤中水占22.4%，湖泊、沼泽水占0.35%，河水占0.01%，大气中的水占0.04%，便于取用的水只是河水、淡水湖泊的水和浅层地下水，仅占地球总水量的0.2%左右。为数不多的水量的时空分布及水质的优劣，直接制约着万物兴衰，影响着人类的生存和发展。由于一定量的污水、废水、各种废弃物等污染物质排入水域而超出这些水体的自净能力时，水质就会变坏，称为水体污染。常见的水体污染物有：（1）病原性微生物，如伤寒杆菌、痢疾杆菌、霍乱弧菌等，将引起传染病的流行传播；（2）植物营养物，如氮、磷、钾等引起水质富营养化，恶化水质；(3)无机化合物，如酸、碱、盐等，进入人体引起疾病，也影响农用水质，导致作物品质退化；（4）各种油类物质，阻碍水体复氧能力，破坏水的自净作用；（5）有毒化学物质，主要是重金属和难溶于水的有机物；（6）原子能反应堆排出的放射性物质。常见的水污染途径有：工业生产废水排放；城市生活污水排放；农用污水灌溉；固体废物或废物垃圾经水溶解或随雨水流入水体；工业烟尘直接降落被雨水淋洗流入水体；天然污染源使水体污染本底含量高，等等
3.土壤污染
土壤是陆地表面能够生长植物的疏松表层，是生命活动中不可或缺的重要物质。土壤由矿物质、有机物质、水和空气组成，因此土壤是十分复杂的系统。土壤圈在环境中起着如下几个方面的作用：（1）土壤中生活着各种各样的微生物和土壤动物，对从外界进入土壤中的各种物质可以进行分解、转化和改造。因此可以说土壤是一个净化系统，或者说土壤具有自净功能。（2）土壤中存在着一个较复杂的胶体系，通过吸附、代换等过程，对环境中的分子态和离子态物质起着蓄积的作用。土壤又是一个多孔体，对外来物质起着“过滤”的作用，使之存留于土壤之中。（3）土壤中的污染物可能通过植物吸收而转移到植物体内，再作为食物传递给人体。
工业和生活中的大量废物、废水、废渣，农用化肥、农药品种和数量的增加，会使土质改变，影响土壤物质循环。当某些污染物质在土壤中累积到一定程度，超出了土壤的自净能力时，就会破坏原来的生态平衡，土壤质量变坏，称为土壤污染。它表现为污染物在土壤中大量累积，直接或间接危害植物的生长，使某些有害物质在植物中累积而影响其经济价值和造成对人体的危害。
土壤联系着有机界和无机界。土壤质量的好坏将会直接或间接影响到植物生长及其质量，并通过食物链而影响到人体的健康。此外，土壤是自然环境的一个重要因素，土壤污染对地面水、地下水、生物、大气等环境要素有直接或间接的影响。
土壤是绿色植物的生长基地，绿色植物对净化人类生存环境是极为重要的。绿色植物在环境保护中能净化空气，降低有害气体浓度，减少空气中的细菌和灰尘，净化污水，保持水土，涵养水源，调节气候，防风固沙，保持农田等。一些科学家经过认真的研究认为，假如世界上没有森林，陆地上生物产量的91%将消失，450万个生物物种将灭绝；全世界70%的淡水将白白流入大海，人类将会出现水危机；许多地区将发生洪水灾害；大批农田、城市将被洪水淹没；空气污染、太阳辐射将增加，人类将无法生存。总之没有森林就没有人类。
近十几年来，世界森林资源遭到了严重的破坏。据估计从1950年到1975年，世界森林覆盖面积已由50亿公顷减至26亿公顷，缩小了近一半，而且仍以每年2000万公顷的速度被破坏。由于滥伐森林，滥垦草原和气候变化等因素，土壤植被遭严重破坏，水土大量流失，在干旱和半干旱地区，使大片大片的土地沙漠化。现在沙漠化威胁着全球三分之一的陆地面积。
4. 臭氧层的破坏
大气臭氧层的破坏被认为是人类当前面临的最严重的全球环境问题之一。臭氧是地球大气中的一种微量气体组分，是一种淡蓝色具有特殊臭味的气体，其总量只占大气的百万分之几。它是氧气的同素异形体，化学式为O3，大部分臭氧出现在离地面10~50km处，而最集中是在离地面20~30km的大气平流层中，被称为大气臭氧层。臭氧起着净化大气和杀菌的作用，并可以过滤掉大部分有害的紫外线，减少对地球生态系统和人体的伤害，因而臭氧是地球生命的“保护神”。
1985年，英国国家环境研究委员会南极考察队的科学家乔·福曼等人首次向世界报导，1980—1984年间，南极上空出现了臭氧洞。所谓南极臭氧洞是指南极地区上空大气臭氧总含量季节性大幅度下降的一种现象，井非真正出现了洞。为了给臭氧洞一个相对明确的定量化概念， 世界气象组织（WMO）建议将臭氧总量下降至200个臭氧单位以下的区域称为臭氧洞。更令人们担心的是， 1987年科学家又发现在北极的上空也出现了臭氧洞。我国科学家通过卫星资料和实地考察，于1999年发现青藏高原上空夏季有一个“臭氧低谷”的存在，这一重大的科学发现首次揭示出在地球中低纬度上空大气臭氧损耗的现象。2000年9月3日南极臭氧洞面积达到2830万平方千米，相当于美国领土面积的3倍，是迄今为止观测到的最大的臭氧洞。
是谁破坏了臭氧层？基于大量研究结果，科学家们已清楚地认识到破坏臭氧层的罪魁祸首不是自然界本身，而是人类自己。科学研究证实，现代工业向大气中释放的大量氟氯烃(CFCs)和含溴卤化烷烃哈龙(Halon)是引起臭氧减少的主要原因。氟氯烃即氟利昂，这种物质在大气中无味，在使用时对机器装置无腐蚀作用，对人体也无毒性。氟氯烃正常情况下为气体，高压下可变成液体。这种化学产品最初的用途是作为致冷剂，用在致冷的冰箱和空调的装置中。后来，人们又发现了氟氯烃可以用来压缩气体导致喷射，用作喷雾剂，还利用其抗冷与热的性能制成了软橡胶。以后随着工业的发展，性质稳定、不易燃烧、价格便宜的氟氯烃物质以及性质相似的卤族化合物，不仅大量应用于各种致冷空调设备中，而且广泛应用于灭火器、泡沫塑料及电子工业中，并且还帮助了计算机的革新。
氟氯烃物质的出现，给工业生产和商业都带来了很大的生机，但直到1973年，一些科学家才开始想到一个问题，那就是这些化学性质很稳定而且被认为是无毒性的气体分子飘到那里去了? 经研究证明：当氟氯烃升至大气平流层后，在太阳光紫外线的催化作用下，释放出大量的氯原子。一个氯原子自由基以惊人的破坏力可以分解10万个臭氧分子，而且其寿命长达75~100年，而由含溴卤化烷烃哈龙（Halon）释放的溴原子自由基对臭氧的破坏能力是氯原子的30~60倍，并且氯原子自由基和溴原子自由基的协同破坏力远远大于两者单独的破坏能力。此外，CCL4、CHCl3和氮氧化物(超音速飞机的尾气和农业氮肥的施用)以及大气中的核爆炸产物也能破坏臭氧层。
紫外线的波长范围为40-400μm，其中 40-290μm为UV-C（紫外C）；290--320μm为UV-B（紫外B）；320--400μm为UV-A（紫外A）。波长越短能量越大，臭氧层能够吸收UV-C和部分UV-B。研究表明，如果大气中臭氧含量减少1％，达到地面的紫外线UV-B就要增加2％~3％。过量紫外线的危害如下：一是危害人类和动物的生命健康。当人体接受了超过其需要的UV-B剂量时，将导致白内障发病率增加，降低机体对传染病和肿瘤的抵抗能力，降低疫苗的应答效果，导致皮肤癌发病率爆发。二是改变植物的生物活性和生物化学过程，抑制植物的光合作用，降低其抵抗病菌和昆虫袭击的能力，降低农作物的产量和质量。三是危害水生生态系统。过量的UV-B会杀死水中的微生物，削弱吸收地球上产生的CO2的50％的海洋生物的机能，降低水体自净能力，减少海洋经济产品的产量和质量。 四是降低空气质量。当大气中臭氧含量减少25％时，城市光化学烟雾的发生率将增加30％。五是改变大气辐射平衡，引起平流层下部气温变冷大气环流的紊乱，破坏地球的辐射收支平衡。
三. 物理性污染
除前述化学物质污染外，物理性污染的后果也是严重的。物理性污染包括电磁污染、光污染、放射性污染、噪声污染、热污染等。
1. 电磁污染
电磁污染是指天然的和人为的各种电磁波干扰，以及对人体有害的电磁辐射。天然电磁污染是某些自然现象引起的。最常见的是雷电，所辐射的频带分布极宽，雷电除了可能对电气设备、飞机、建筑物等直接造成危害外，还会在广大地区产生严重的电磁干扰。此外，火山喷发、地震和太阳黑子活动引起的磁暴等都会产生电磁干扰。天然辐射的强度一般对人类影响不大，雷电的瞬时冲击可致人、畜伤亡，但概率极小。可以认为自然辐射对人类并不构成严重的危害。人工电磁污染产生于人工制造的若干系统、电子设备与电器装置。人工电磁污染源主要有三种：（1）脉冲放电，如切断大电流电路时产生的火花放电。（2）工频交变电磁场，如大功率电机、变压器及输电线等附近的电磁场。（3）射频电磁辐射，如广播、电视、微波通讯等。目前，射频电磁辐射已成为电磁污染的主要因素。
电磁辐射尤其是微波对人体健康有不利影响，主要表现在以下几个方面：
（1）电磁辐射的致癌作用 部分实验动物经微波作用后，可以使癌的发生率上升。调查表明，在2MGs以上电磁场中，人群患白血病为正常的2.95倍，患肌肉肿瘤的为正常的3.26倍。实验证明，电磁辐射使某些人体组织出现病理性增生，使正常细胞变为癌细胞。
（2）对视觉系统的影响 眼组织含有大量的水分，易吸收电磁辐射功率而产生白内障。强度更高的微波，则会使视力完全丧失。
（3）对生殖系统和遗传的影响 电磁辐射可能抑制精子生成或破坏排卵过程，影响男性或女性生育能力。高强度的电磁辐射可以产生遗传效应，使睾丸染色体出现畸变和有丝分裂异常。怀孕妇女在早期或怀孕前，如果接受短波透热疗法，或从事计算机、电视机终端视频操作，婴儿可能出现先天性畸形。
（4）对血液系统的影响 在电磁辐射的作用下，人体可出现白血球不稳定，主要是下降倾向，红血球的生成受到抑制，出现网状红血球减少。操纵雷达的人多数出现白血球降低。
（5）对机体免疫功能的危害 电磁辐射的作用使机体免疫功能降低，抵抗力下降。
（6）引起心血管疾病 长期受电磁辐射作用的人，常发生血液动力学失调，血管通透性和张力降低，其心血管疾病会更易更早发生。
（7）对中枢神经的危害 神经系统对电磁辐射的作用很敏感，受其低强度反复作用后，中枢神经系统机能发生改变，出现神经衰弱症候群。
（8）可以导致儿童智力残缺 世界卫生组织认为，计算机、电视机、移动电话等产生的电磁辐射对胎儿有不良影响。如果在胚胎形成期受到电磁辐射，有可能导致流产；如果在胎儿发育期受到辐射，也可能损伤胎儿中枢神经系统，导致其出生后智力下降。
近来有越来越多的证据表明，手机所使用的无线电波，被人体吸收后产生热效应，会使局部组织的温度升高，若一次通话时间过久，而且姿势保持不变，也会使局部组织温度升高，造成病变。另外也有研究发现，经常使用手机，会有头痛、记忆力减退等症状，这是因为手机无线电波所形成的非热效应所造成。
2. 光污染
光污染是指各种光源（日光、灯光、各种反折射光及红外和紫外线等过量的辐射）对周围环境和人类生活和生产环境造成不良影响的现象。国际上一般将光污染分成3类，即白亮污染、人工白昼和彩光污染。
（1）白亮污染 阳光照射强烈时，城市里建筑物的玻璃幕墙、釉面砖墙、磨光大理石和各种涂料等装饰反射光线，明晃光亮、眩眼夺目。有研究发现，长时间在白色光亮环境下工作和生活的人，视网膜和虹膜都会受到不同程度的的损害，视力急剧下降，白内障的发病率高达45%。还使人头昏心烦，甚至发生失眠、食欲下降、情绪低落、身体乏力等类似神经衰弱的症状。
（2）人工白昼 夜幕降临后，商场、酒店上的广告灯、霓虹灯闪烁夺目，令人眼花缭乱。有些强光束甚至直冲云霄，使得夜晚如同白天一样，即所谓人工白昼。在这样的“不夜城”里，夜晚难以入睡，扰乱人体正常的生物钟，导致白天工作效率低下。人工白昼还会伤害鸟类和昆虫，强光可能破坏昆虫在夜间的正常繁殖过程。
（3）彩光污染 舞厅、夜总会安装的黑光灯、旋转灯、荧光灯以及闪烁的彩色光源构成了彩光污染。据测定，黑光所产生的紫外线强度大大高于太阳光中的紫外线，而且对人体有害影响持续时间长。彩色光源让人眼花缭乱，不仅对眼睛不利，而且干扰大脑中枢神经，使人感到头晕目眩，出现恶心呕吐、失眠等症状。
3. 放射性污染
电离辐射也是一种严重威胁人类健康和生存的环境污染。我们知道，很多元素具有放射性，它们能自发地放射出α射线，β射线或γ射线，这是一种自然现象。实验证明，由放射性物质内部所放射出的α、β及γ粒子对生物的细胞具有极大的破坏性，当它们穿过生物体时，由于这些粒子具有极高的能量，能使生物体内的一些细胞分子发生电离，使电子从细胞内逃逸出来。由于它能破坏生物体内的细胞组织，所以对人体具有很大的危害性。通常把能使生物细胞产生电离的α、β及γ射线称为电离辐射。尽管X射线不是由物质的原子核内部发射出来的，但是因为X射线也具有足够的能量可能电离生物元素，所以把X射线也包括在电离辐射中
放射性元素产生的电离辐射能够杀死生物体的细胞，妨碍正常的细胞分裂和再生，并且引起细胞内遗传信息的突变。受辐射的人在数年或数十年后，可能出现白血病、恶性肿瘤、白内障、生长发育迟缓、生育力降低等远期躯体效应；还可能出现胎儿性别比例变化、先天性畸形、流产、死产等遗传效应。
4. 噪声污染
噪声污染已成为当今世界性的问题，噪声以被公认为近次于大气污染和水污染的第三大公害。噪声的危害如下：
（1）噪声对听力的影响 噪声对人体的危害最直接的是听力。短暂的较强烈的噪声刺激可使人耳发生听觉疲劳。如果人们长期在强烈的噪声环境下工作，日积月累，内耳器官不断受噪声刺激，便可发生器质性病变，成为永久性耳聋。
（2）噪声对睡眠的干扰 睡眠是人们生存必不可少的。人们在安静的环境下睡眠，它能使人的大脑得到休息，从而消除疲劳和恢复体力。噪声会影响人的睡眠质量，强烈的噪声甚至使人无法入睡，心烦意乱。
（3）噪声对人体的生理影响 许多证据表明，大量心脏病的发展和恶化与噪声有着密切的联系，实验证明噪声会引起人体紧张的反应，使肾上腺素增加，因而引起心率和血压升高。噪声能明显影响消化功能，并使溃疡病的发病率大大增加。在神经系统方面，神经衰弱是最明显的症状，噪声能引起失眠、疲劳、头晕、头痛、记忆力减退等症状。噪声不仅影响听力，还影响视力。长时间处于噪声环境中的人很容易发生眼疲劳、眼痛、眼花和视物流泪等眼损害现象，同时噪声还会使色觉、视野发生异常。
（4）噪声对人体的心理影响 噪声引起的心理影响主要是烦恼，使人激动、易怒、甚至失去理智，因噪声引起的民事纠纷是常见的。噪声也容易使人疲劳，因此往往会影响精力集中和工作效率，尤其是对一些做非重复性动作的劳动者，影响更为明显。
（5）噪声对孕妇、胎儿和儿童的影响 接触强烈噪声的妇女，其妊娠呕吐和妊娠高血压综合症的发生率更高，而且由于噪声使母体产生紧张反应，引起子宫血管收缩，以致影响供给胎儿发育所必需的养料和氧气，导致新生儿体重偏轻。由于儿童发育尚未成熟，各组织器官都十分脆弱，更容易被噪声损伤听觉器官，使听力减退或丧失。长期暴露于噪声中的儿童比安静环境中儿童血压要高，智力发育略微迟缓，而且容易出现激动、缺乏耐受性、睡眠不足、注意力不集中等表现
（7）噪声对动物的影响 噪声对动物的影响十分广泛，这些影响包括听觉器官、内脏器官和中枢神经系统的病理性改变的损伤。
（8）噪声对物质结构的影响 根据实验，一块0.6mm 的铝板，在168dB的无规则噪声作用下，只要15min就会断裂。150dB以上的强噪声，可使墙震列、瓦震落、门窗破坏、甚至使烟窗和老建筑物倒塌，钢结构产生“声疲劳”而损坏。强烈的噪声使自动化、高精密度的仪表失灵，当火箭发射的低频率噪声引起空气振动时，会使导弹和飞船产生大幅度的偏离，导致发射失败。
5.热污染
热污染是指现代工业生产和生活中排放的废热所造成的环境污染。热污染可以污染大气和水体。20世纪70年代，科学家把“全球变暖”作为一个世界性问题提出来，主要强调人类进入工业社会以来，由于大量燃烧矿物燃料及破坏森林植被，造成CO2等温室气体增加，温室效应增强。其后果是：全球气温将升高，沙漠将更干燥，气候将更恶劣，厄尔尼诺现象将更严重，从而直接或间接影响数以亿计人们的生活。
1. 温室效应
大气中的CO2同水蒸气一样能使太阳辐射透过，但是CO2能吸收从地面辐射的红外线，使得大气升温。吸收了热量的CO2层还能将其热量再次通过长波辐射到地球表面，从而使得近地层温度升高，并能够在近地层大气中建立与外界不同的小气候。这些气体的影响作用类似于农业上用的温室的保温作用，因此称它们为温室气体，它们的影响则被称之为温室效应。
地球大气的温室效应创造了适宜于生命存在的热环境。如果没有大气层的存在，地球也将是一个寂静的世界。除CO2外，能够产生温室效应的气体还有水蒸气、甲烷、氧化亚氮(N2O)及臭氧、SO2、CO以及非自然过程产生的氟氯烃(CFCs)、氢氟化碳(HFCs)、过氟化碳(PFCs)等。由于空气中水蒸气的含量比CO2和其他温室气体的总和还要高出很多，大气温室效应的保温效果主要还是由水蒸气产生的。但是有部分波长的红外线是水蒸气所不能吸收的，二氧化碳所吸收的红外线波长则刚好填补了这个空隙波长。
水蒸气在大气中的含量相对稳定，而CO2的浓度却不能确定。自从欧洲工业革命以来，大气中CO2的浓度持续攀升，主要原因是化石类矿物燃料燃烧排放的CO2，全球由于此种原因产生的温室气体达到6000多万吨／天，这是“温室效应”加剧的主要原因。其次森林大火、火山爆发、发电厂、汽机车排出的尾气等也是促使大气中CO2浓度持续攀升的因素。随着大气中CO2浓度的不断提高，更多的能量被保存到地球上，加剧了地球升温。
温室气体在大气中的停留时间(即生命期)都很长。CO2的生命期为50～200年，甲烷为12～17年，氧化亚氮为120年，氟氯碳化物为102年。这些气体一旦进入大气，几乎无法进行回收，只有依靠自然分解过程让它们逐渐消失，因此温室效应气体的影响是长久的、全球性的。从地球任何一个角落排放至大气中的温室效应气体，在它的生命期中，都有可能到达世界各地，从而对全球气候产生影响。即使现在人类立即停止所有人造温室气体的产生、排放，但从工业革命以来，累积下来的温室气体仍将继续发挥它们的温室效应，影响全球气候达百年之久。
大气层温室效应的加剧导致了严重的全球变暖，这已是一个不争的事实。已有的统计资料表明，全球温度在过去的20年间升高了0.3～0.6℃。全球变暖，会对地球环境产生如下严重的危害：
（1） 冰川消退 海平面升高 温室效应导致的全球变暖，势必会造成一部分冰川消融，从而减少地表冰雪的覆盖面积，降低冰雪对太阳辐射的反射作用，因而地球将会获得更多的太阳辐射，从而又加剧大气层的温室效应，地表温度会继续升高，冰雪进一步大量消融。如果今后大气中CO2含量以每年0.7 ml/m3的速率增加，到21世纪中叶，地球上冰雪的覆盖面积将会降低一半以上，这将会对人类生存的地球环境产生不可想象的影响。长期的观测结果表明，由于近百年来海水温度的升高，海平面已经上升了约2～6cm。由于海洋热容量大，比较不容易增温，陆地的气温上升幅度将会大于海洋，其中又以北半球高纬度地区上升幅度最大，因为北半球陆地面积较大，从而全球变暖对北半球的影响更大。冰川的存在对维持全球的能量平衡起到至关重要的作用，对于全液态水量的调节也起到决定性的作用。如果两极的冰川持续消融，其所带来的后果对地球上的生命将会是致命的。
（2）加剧荒漠化程度和洪涝灾害 全球变暖会加快加大海洋的蒸化速度，同时改变全球各地的雨量分配结果。在全球变暖的大环境下，陆地蒸发量将会增大，这样世界上缺水地区的降水和地表径流都会减少，会变得更加缺水，从而加剧荒漠化；而雨量较大的热带地区，如东南亚一带降水量会更大，从而加剧洪涝灾害的发生。
（3）危害地球生命系统 全球变暖将会使多种业以灭绝的病毒细菌死灰复燃，使已控制的有害微生物和害虫得以大量繁殖，据世界卫生组织1996年的报告指出，在过去的20年中，至少有30种新型传染病出现。地球变暖，还会导致大量的动、植物物种的灭绝，从而对地球生命系统构成极大的威胁。已有的研究表明，地球演化史上曾发生多次变暖——变冷的气候波动，但都是由人类不可抗拒的自然力引起的，而这次却是由于人类活动引起的大气温室效应加剧导致的，其后果也是无法预知的，但不管怎样都会给生态系统带来灾难。
2.城市热岛效应
在城市建筑物最为密集的中心区域 ，温度最高，而郊区温度最低，温度分布像突出海面的岛屿，高温城市处于低温郊区的包围之中，这种现象被形象地称为“城市热岛效应”。城市气候与郊区气候比较，除“热岛”效应外，还有“混浊岛”、“湿岛”、“雨岛”效应，即五岛效应，其中最为显著的还是“热岛”效应。
城市“热岛”效应是人类活动排放的大量热量与其它自然条件综合作用的结果。随着城市建设的高度发展，“热岛”效应越来越严重。究其原因如下：（1）下垫面（大气与地表交界面）特性的影响。城市大量的人工构筑如混凝土、柏油地面、建筑墙面等，吸热传热快而热容量小，在太阳辐照下，构筑物升温快(比绿地、水面快的多)并将热量迅速传给大气，日落后仍缓慢向空气中辐射热量，使得近地气温升高。这些高温构筑物是巨大的热源，烘烤着周围大气和人们的生活环境。（2）人工热源的影响。工业生产、居民生活等固定热源和交通、人群等流动热源不断向外释放废热。（3）城市大气污染的影响。机动车辆、工业生产产生大量的氮氧化物、碳氧化物、粉尘等改变了城市上空的空气组成，加剧了温室效应。（4）高层建筑物造成地表通风不良，夜晚散热慢。（5）自然下垫面的减少。城市中绿地、林木、水面等自然下垫面大量减少，而人工构筑物大量增加，导致下垫面不透水面积增大，可供蒸发的水分少，消耗与蒸发的潜热也少，获得的太阳能主要用于下垫面增温。
城市“热岛”效应带来的影响十分严重。(1)夏季热岛效应加剧城区高温天气，降低人们工作效率，容易造成中暑。高温还加快光化学反应，加剧大气污染。(2)热岛效应会给城市带来暴雨、飓风、云雾等异常天气现象，即“雨岛”效应。(3)加剧城市能耗，增大用水量，从而又消耗更多的能源，造成废气热排放，进一步加剧热岛效应，导致恶性循环。（4）形成城市风。市区中心空气受热温度不断上升，郊区冷空气向城市补充汇流，这种对流运动就是城市风。热岛上空的空气又向郊区冷却扩散以抵消郊区低空空缺，从而形成一种局地空气环流。这样使扩散到郊区的废气、烟尘等污染物质重新聚集到城市上空，难于扩散稀释，加剧了城市大气污染。
发展城市绿化、增加城市自然下垫面是缓解“热岛”效应的有效措施。绿地能吸收太阳能，而吸收的辐射能量又有大部分用于植物蒸腾耗热，从而降低环境温度。植物的光合作用能吸收二氧化碳，削弱温室效应。
四、能源危机、生物多样性锐减
能源危机也是一个重要的世界性环境问题。随着人口的急剧增加，人类对能源的消耗的增强速度是惊人的。现代工业社会相对于古代，人均耗能增长了110倍。世界能源需求不仅呈指数增长，而且增长速度越来越快。人类所消耗的能源基本上是不可再生的矿物能源，地球上的矿物能源储量是非常有限的，。如果不及时调整能源结构，不及时开发新能源和寻找替代能源，用不了多长时间，能源便会枯竭。因此，核能、太阳能、风能等能源的利用和开发，是今后的发展大计。
生物多样性锐减也是目前一个严峻的环境问题。人类活动造成的生态平衡破坏是生物多样性锐减的主要原因。地球上曾经有生物物种1000万左右，现在每天有100种生物灭绝，这种趋势还在加剧。据统计，世界正处于灭绝边缘的哺乳动物有406种，鸟类有593种，鱼类有242种。生态系统是在一定空间中共同栖居着的生物与环境之间不断进行物质循环与能量流动过程而形成的统一整体。在自然条件下，生态系统总是朝着种类多样化、结构复杂化和功能完善化的方向发展。然而，人为的破坏使生物多样性不断下降，破坏了生态系统的结构与平衡，最终受害的还是人类自己。
第四部分 加强生态环境保护，努力实现可持续发展
严重的环境污染和生态破坏对经济社会发展带来负面影响。首先是经济损失巨大。我国专家上世纪９０年代中期和２００１年的研究表明，环境污染造成的经济损失约占当年ＧＤＰ的３％—４％。世界银行１９９７年发表的报告测算，中国仅大气和水污染造成的损失就约５４０亿美元（以１９９５年计），占同期ＧＤＰ的８％。据国家环保总局２００１年调查，西部９省区生态破坏造成的直接经济损失高达１４９４亿元，占９省区ＧＤＰ的１３％。2004年３月份由于四川化工股份有限公司第二化肥厂违法排污造成沱江严重污染，仅初步调查，损失就达２亿多元。
因此保护生态环境是功在当代、惠及子孙的伟大事业和宏伟工程。坚持不懈地搞好生态环境保护是保证经济社会健康发展，实现中华民族伟大复兴的需要。对生态环境的保护应从两个方面入手，一是保护自然环境和自然资源即合理开发和利用自然资源包括土地资源、水资源、矿物资源、森林资源、牧草资源、野生动植物资源等。二是防治污染和其它公害。积极防治和处理工矿企业和城市生活的废气、废水、废渣、粉尘、放射性物质以及农业生产使用的农药、化学肥料等有害物质，对电磁污染、光污染、噪声等采取有效的预防技术和管理措施，加强城市绿化和扩大绿地覆盖面，有效防治热污染。制定可持续发展的战略方针和政策从以下几个方面入手：
1.解决环境问题应从经济发展入手
我国现阶段经济增长很大程度上是靠高投入、高消耗、高排放来实现的。这不仅制约经济持续增长，也带来严重的环境问题。要充分认识到经济增长必须建立在资源、环境承载能力的基础上。政绩考核不仅要考核ＧＤＰ是否增长，还应考核环境质量变化的指标和环保法规执行的情况。制定包括各种资源能源节约的政策、资源回收和综合利用的鼓励政策、排污收费制度等。
大力发展循环经济。循环经济是一种新的经济发展模式，从传统的工业经济发展模式：资源——产品——消费——废弃物，转到新的资源循环利用发展模式：资源——产品——消费——再生资源。在企业层次通过开展清洁生产审计，最大限度减少生产中原材料的消耗，不用或少用有毒有害的原材料，不排或少排废弃物。通过建立生态工业园或把不同企业联合起来，相互利用生产的废弃物，从而减少向环境排放污染物，提高资源利用效率。
建立绿色国民经济核算体系。国际研究表明，国家发展有四类资本：人力资本、金融资本、加工资本（实物）和自然资本。如果在经济增长中其他资本增加了，而自然资本减少了，总资本量可能不是增加而是减少。因此单纯用ＧＤＰ来衡量一个地区的经济社会发展水平，可能导致某些地区不计代价片面追求ＧＤＰ增长速度，忽视经济的结构、质量和效益，忽视环境保护和社会进步等后果。
2.坚持以人为本，维护人民群众的环境权益
以人为本是科学发展观的核心， 做到环境信息公开，公开发布国家和各地区的大气和水环境质量状况，政府要让人们了解当前严峻的环境形势以及政府为此做出的努力。依法公开企业排污行为，发动广大群众和社会舆论进行监督。 鼓励公众参与环境保护。环境保护事业涉及千家万户，广大群众的支持和参与是推动环保事业最强大的力量。在社区和学校开展环境宣传教育活动。倡导和鼓励绿色消费，关注并采取措施解决老百姓关心的食品安全、饮用水安全、室内污染和白色污染等问题。
3.依靠科学技术进步，实现环境保护跨越发展
国际上有学者提出四倍跃进的观念，即通过采用新技术，可以做到消耗一份能源或资源，创造目前四倍的经济增长。由于管理和技术水平的相对落后，我国工业生产无论是单位产品还是单位产值所消耗的能源、水资源和一些原材料都远远高于世界平均水平，甚至高于许多发展中国家。目前我国ＧＤＰ占世界的３％左右，而每年消耗的钢材、水泥分别占到世界的２５％和５０％。党中央提出 建立创新型国家的举措非常及时。“国家兴亡，匹夫有责”，建立创新型国家，每个公民应该要有高度的责任感和紧迫感，只有不断创新，才能不断地提高科学技术与管理水平，此外要加强宣传、提高认识，制定法律和各项经济政策，确定合理的资源价格，大力开发和推广节约能源和资源及资源综合利用、回收利用的技术。
4.做好企业的环境保护工作
要健全国家环保法律法规及其配套的制度和标准，严格查处违法排污企业，提高处罚标准，解决违法成本低、守法成本高的问题。要制定相应的经济政策和收费制度，从机制上促进企业治理污染的积极性。要有各种引导措施，激发企业家的社会责任感和树立企业的品牌形象，努力实现双赢。
5. 增加政府对环境保护的投入
政府增加对环境保护投入是非常关键的措施。政府为维持公平的市场竞争环境，必须加大法制的力度，严格要求企业达到国家污染物排放标准，同时政府自身也应加大投入，起到引导促进作用。城市集中产生的环境问题、农村生态环境的保护和建设，特别是国家为民族长远利益建立的各类自然保护区和珍稀物种保护、环境执法能力建设等，都需要政府的投入。除了政府增加投入外，要通过各项政策措施调动各方面的社会资本投入环境保护，推动污染治理的市场化、企业化运作，提高资金使用效率。
6.开展国际合作，促进全球的可持续发展
许多环境问题是全球性的，国际社会为解决这些全球环境问题制定了几十个环境公约和议定书。我国应该积极参加这些公约和议定书的谈判和相关项目的合作。一方面维护我国和其他发展中国家合法的环境权益，一方面对外介绍我国的环保工作，消除中国环境威胁论的影响，努力为解决全球环境问题做出我们应有的贡献。 国际交往中需要处理好环境与贸易的关系。我国不少产品特别是农牧产品，由于环境污染或产品不符合对方的环境标准而被发达国家限制进口。这一方面需要提高我国产品的环境质量要求，另一方面也要通过外交手段，消除发达国家有意设置的绿色贸易壁垒。
人类只有一个地球，保护和改善人类生存的环境，需要全球、全社会的共同参与和努力。
