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第20章 人与自然(1)

自然资源

大自然为人类的生存与发展提供了众多的资源,如土地资源、生物资源、矿产资源和能源等。

以海洋为例,目前在海水中已经发现了80多种化学元素;海洋中还蕴涵着丰富的石油、天然气;大洋锰结核将成为世界重要的有色金属来源;发现的海底可燃冰将成为未来的主要能源。此外,海洋中还有潮汐能、波浪能、海水温差能、洋流能和盐度差能等。

可再生资源:自然资源也称天然资源,是指在原始状态下就有价值的资源。通常来说,如果获取这个资源的主要工程是收集和纯化,而不是生产,那么这个资源就是一种自然资源。因此,采矿、采油、渔业和林业等,通常都被看作是获取自然资源的工业,而农业则不是。

自然资源分可再生资源和不可再生资源,通常的资源都是可再生资源(比如鱼、咖啡、森林等)。如果不被过度开采耗尽,它们的再生速度可以与开采速度相当。非生物的可再生资源主要包括土壤、水、大气、潮汐和太阳能等。一般来说,矿物资源都是不可再生资源。一个不可再生资源耗尽后将来在这里就无法再开采了。

可再生能源泛指多种取之不竭的能源。严格来说,可再生资源是人类有生之年都不会耗尽的能源。可再生能源不包含现时有限的能源,如化石燃料和核能。

大部分的可再生能源都属于太阳能的储存。可再生的意思并不是能够提供十几年的能源,而是可以提供百年甚至千年的。

(1)木材

木材是指那些用于工民建筑的木制材料,通常可以被统分为软材和硬材。工程中所用的木材,主要取自于树木的树干部分。木材也由于取材和加工比较容易,因而自古以来都是一种主要的建筑材料。

木材可以分为针叶树材和阔叶树材两大类。杉木及各种松木、云杉和冷杉等都是针叶树材;柞木、水曲柳、香樟、檫木及各种桦木、楠木和杨木等,都属于阔叶树材。

中国的树种很丰富,所以用于工程的木材树种也各有不同。比如,东北地区主要有红松、落叶松(黄花松)、鱼鳞云杉、红皮云杉、水曲柳;长江流域主要有杉木、马尾松;西南、西北地区主要有冷杉、云杉、铁杉等。

小知识

我国木材资源分布

(1)东北地区的大小兴安岭和长白山地,是我国最大的天然林区。

(2)西南横断山区是我国的第二大天然林区。

(3)东南部的台湾、福建、江西等省山区,以人工林、次生林为主。

黑龙江省伊春市是中国著名的森工城市,建国后为祖国建设输送了累计2.4亿立方米的木材,有“中国林都”的美誉。伊春市的五营区还有世界的原始红松林保护区。

(2)畜力

畜力运输也被称为动物运输、驮运,是一种利用役用动物力量的运输方式。

与使用人力运输一样,畜力运输也是一种由来已久的运输方式。在人类慬得运用机械之前,动物对人类贡献是非常大的。被人类所利用的动物,也可以提供各种不同的服务。

经常被人类役使的动物包括:牛、水牛、牦牛、骆驼、无峰驼、狗、驴、大象、马、骡、鹿等。

(3)水能

水能属于一种可再生能源,也是一种清洁能源、绿色能源,是指水体的动能、势能和压力能等能量的资源。

水能主要用于水力发电,其优点是成本低、可连续再生、无污染;但也有一定的缺点,那就是资源分布受水文、气候、地貌等自然条件的限制较大。

小知识

世界著名的水电站

(1)三峡水电站:长江三峡水电站是中国长江中上游段建设的大型水利工程项目,分布在中国重庆市到湖北省宜昌市的长江干流上。大坝位于三峡西陵峡内的宜昌市夷陵区三斗坪,并和其下游不远的葛洲坝水电站形成梯级调度电站。它是世界上规模最大的水电站,也是中国有史以来建设的最大型的工程项目。

(2)胡佛水坝:胡佛水坝是一座重力混凝土拱坝,位于美国西南部城市拉斯维加斯东南48千米的亚利桑那州与内华达州交界处,是美国最大的水坝,并被赞誉为沙漠之钻。

(3)伊泰普水电站:伊泰普水电站是世界上仅次于长江三峡水电站的巨型水电枢纽工程,位于巴西与巴拉圭交界的巴拉那河上。

(4)风能

风能是地球表面上大量的空气流动所产生的动能。地面各处受到太阳辐照后,气温出现不同的变化,导致空气中的水蒸气含量也不同,因此就会引起各地气压的差异,在水平方向高压空气向低压地区流动,即形成风。

风能资源决定于风能密度和可利用的风能年累积小时数。风能密度是单位迎风面积可获得的风的功率,与风速的三次方和空气密度成正比关系。

据估算,全世界的风能总量约有1300亿千瓦,中国的风能总量约16亿千瓦。风能资源通常受地形的影响较大,世界风能资源大部分集中在沿海和开阔大陆的收缩地带,比如美国的加利福尼亚州沿岸以及北欧的一些国家;中国的东南沿海、内蒙古、新疆和甘肃一带,风能资源也比较丰富。

(5)太阳能

太阳能通常是指太阳光的辐射能量。广义上的太阳能,是指地球上许多能量的来源,如风能、化学能、水的势能等;而狭义的太阳能,则仅限于太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转换。

我国的太阳能年总辐射量大致在930~2330千瓦小时/平方米之间。以1630千瓦小时/平方米·年为等值线,自大兴安岭西麓向西南至滇藏交界处,把我国分为两大部分,其中西北地区高于1630千瓦小时/平方米·年,而此线的东南地区则低于这个等值线。

根据各个地区接受太阳总辐射量的多少,可以将全国划分为五类地区。

最丰富地区

年太阳辐射总量6680~8400兆焦/平方米,相当于日辐射量5.1~6.4千瓦时/平方米。这些地区包括宁夏北部、甘肃北部、新疆东部、青海西部和西藏西部等地。尤其以西藏西部最为丰富,最高达2333千瓦时/平方米(日辐射量6.4千瓦时/平方米),居世界第二位,仅次于撒哈拉大沙漠。

较丰富地区

年太阳辐射总量为5850~6680兆焦/平方米,相当于日辐射量4.5~5.1千瓦时/平方米。这些地区包括河北西北部、山西北部、内蒙古南部、宁夏南部、甘肃中部、青海东部、西藏东南部和新疆南部等地。

中等类型地区

年太阳辐射总量为5000~5850兆焦/平方米,相当于日辐射量3.8~4.5千瓦时/平方米,主要包括山东、河南、河北东南部、山西南部、新疆北部、吉林、辽宁、云南、陕西北部、甘肃东南部、广东南部、福建南部、苏北、皖北、台湾西南部等地。

较差地区

年太阳辐射总量4200~5000兆焦/平方米,相当于日辐射量3.2~3.8千瓦时/平方米。这些地区包括湖南、湖北、广西、江西、浙江、福建北部、广东北部、陕西南部、江苏北部、安徽南部以及黑龙江、台湾东北部等地。

最少地区

主要包括四川、贵州两省,年太阳辐射总量3350~4200兆焦/平方米,相当于日辐射量只有2.5~3.2千瓦时/平方米。

(6)地热能

地热能是由地壳抽取的天然热能。这种能量主要来自于地球内部的熔岩,并以热力的形式存在,是导致火山爆发及地震的主要能量。

地球内部的温度高达7000℃,而在80~100千米的深度处,温度会降至650~1200℃。透过地下水的流动和熔岩涌至离地面1000~5000米的地壳,热力得以被转送至较接近地面的地方。高温的熔岩将附近的地下水加热,这些加热了的水最终会渗出地面。运用地热能最简单和最合乎成本效益的方法,就是直接取用这些热源,并抽取其能量。

人类在很早以前就开始利用地热能了,比如利用温泉沐浴、医疗,利用地下热水取暖、建造农作物温室、水产养殖及烘干谷物等。

我国的地热资源很丰富,但开发利用的程度却比较低,主要分布在云南、西藏、河北等省区。

(7)生物能

生物能是指以生物为载体的、将太阳能以化学能形式贮存起来的一种能量。它可以直接或间接地来源于植物的光合作用。

最常见的生物能就是种植植物所制造的生质燃料,或用来生产纤维、化学制品和热能的动物或植物。许多的植物都被用来生产生物质能,比如芒草、柳枝稷、麻、玉米、杨属、柳树、甘蔗和棕榈树等。

至今,生物质能的开发应用主要体现在三方面:一是在一些农村建立以沼气为中心的能量和物质循环系统,使得秸杆中的生物能以沼气的形式缓慢地释放出来,解决农村的燃料问题;二是建立的以植物为能源的发电厂,变“能源植物”为“能源作物”,比如“石油树”、绿玉树、续随子等;三是靠种植柑蔗、木薯、海草、玉米、甜菜、甜高粱等,既有利于食品工业的发展,植物残渣又能用来制造酒精,以代替石油来使用。

不可再生资源:人类开发利用后,在相当长的一段时间内都不可能再生的自然资源,就被称为不可再生资源。这类资源主要包括自然界的各种矿物、岩石和化石燃料等,比如泥炭、煤、石油、天然气、金属矿产、非金属矿产等等。

不可再生资源是在地球长期演化历史过程中,在一定阶段、一定地区、一定条件下,经过漫长的地质时期所形成的。与人类社会的发展相比,这种资源的形成非常缓慢,而且再生速度也很慢,或几乎不能够再生。

人类对不可再生资源的开发与利用,只会消耗,而不可能保持其原有的储备量或再生。其中,一些资源倒是可以重新利用,如金、银、铜、铁、铅、锌等金属资源;另一些则是不能够重复利用的资源,如煤、石油、天然气等化石燃料。当它们作为能源利用而被燃烧后,尽管能量可以由一种形式转换为另一种形式,但作为原有的物质形态便已不复存在,其形式也已经发生了巨大的变化。

不可再生资源主要包括以下几种:

(1)金属资源

金属资源是指具有明显的金属性的矿物资源,如呈金属或半金属光泽,具有各种金属色(如铅灰、铁黑、金黄等),不透明,不导电,导热性良好等。少数不具典型金属性的矿物资源,如闪锌矿、辰砂、锡石等,也属于金属矿物。

金属矿物主要构成了各种有色金属、黑色金属、贵金属矿床的矿石矿物。

金属矿物还包括黑色金属和有色金属,其中有色金属又可以分为有色金属矿物和材料分为有色重金属、有色轻金属、稀有金属、贵金属及半金属五大类。

(2)化石燃料

化石燃料也被称为矿石燃料,是一种碳氢化合物或其衍生物,主要包括的天然资源为煤炭、石油和天然气等。

对化石燃料的使用,使人类的工业得到大规模发展。比如在发电时,在燃烧化石燃料的过程中就会产生能量,从而推动涡轮机产生动力。旧式的发电机是使用蒸汽来推动涡轮机的。现时,很多发电站都已采用燃气涡轮引擎,那是利用燃气直接来推动涡轮机的。

按埋藏能量的数量多少来分,化石燃料可以分为煤炭类、石油、油页岩、天燃气和油砂。

煤炭类主要指埋藏在地下的植物受地下和地热的作用,经过几千万年甚至几亿年的炭化过程后,释放出水分、二氧化碳、甲烷等气体,含氧量逐渐减少而形成的。煤炭在地球上的分布较为广泛,不会集中在某个特定的产地。

石油是指水中堆积的微生物残骸在高压的作用下形成的碳氢化合物。石油经过精制后,可以得到汽油、煤油、柴油和重油等。

石油在地球上的分布比较不均匀,中东占54%,北美占12%,南美占9%,几乎占了可确认埋藏量的四分之三。

油页岩是由水藻炭化后形成的,含灰分较多,而且多半不能自烯。油砂是含重质油4%~20%的砂子。油页岩和油砂在美洲大陆偏多。

天然气直接采掘于地下,以含甲烷为主。在零下162℃被冷却液化后,作为液化天然气用油罐输送。

天然气的分布也非常偏于中东、美洲和欧洲大陆。

自然灾害

大自然在不断给人类创造财富的同时,也在不断地给人类带来灾害,威胁着人们的生存。

所谓自然灾害,就是指人类所依存的自然界所发生的各种异常现象,如地震、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,还包括臭氧层变化、水体污染、水土流失、酸雨等人类活动导致的环境灾害。这些自然灾害,与环境的破坏之间又有着直接而复杂的相互联系。

事实上,凡是危害动植物的各类事件都通称之为灾害。纵观人类的历史可以看出,灾害的发生原因主要有两个:一个是自然的变异,另一个则是人为的影响。因此,我们通常把以自然变异为主因的灾害统称为自然灾害,如地震、风暴,海啸;将以人为影响为主因的灾害统称为人为灾害,如人为引起的火灾、交通事故和酸雨等。

自然灾害的分类:世界范围内重大的突发性自然灾害主要包括旱灾、洪涝、台风、风暴潮、冻害、雹灾、海啸、地震、火山、滑坡、泥石流、森林火灾、农林病虫害等。

自然灾害形成的过程长短不一,而且还有缓急之分。有些自然灾害,当致灾因素的变化超过一定强度时,就会在几天、几小时甚至几分、几秒钟内表现为灾害,比如火山爆发、地震、洪水、飓风、风暴潮、冰雹等,这类灾害被称为突发性的自然灾害。

而有些自然灾害是在致灾因素长期发展的情况下,逐渐显现出灾害的,比如土地的沙漠化、水土流失、环境恶化等。这类灾害一般都要几年甚至更长时间才能表现出来。这种灾害称为缓发性的自然灾害。

很多自然灾害,尤其是等级高、强度大的自然灾害,在发生以后还经常会诱发出一系列的其他灾害,这种现象被称为灾害链。

在灾害链当中,最早发生的起作用的灾害称为原生灾害;由原生灾害所诱发出来的灾害,则被称为次生灾害;自然灾害发生后,破坏了人类生存的和谐条件,由此还可能引发一系列的其他灾害,这种灾害统称为衍生灾害。比如在大旱之后,地表与浅部的淡水极度匮乏,迫使人们饮用深层含氟量较高的地下水,从而引发氟病,这种灾害就是衍生灾害。

地震:地震是由于地球内部介质局部发生急剧的破裂,产生一定震波,从而在一定的范围内所引起的地面振动的现象。

与海啸、龙卷风、冰冻灾害一样,地震也是地球上经常发生的一种自然灾害。

大地的震动是地震最直观、最普遍的表现。在海底或滨海地区发生的强烈地震,甚至可以引起巨大的波浪,这就是海啸。

全球的地震是极其频繁的,每年发生地震大约可达550万次。

(1)震源

震源就是地震波发源的地方。地面上离震源最近的一点称为震中,它是接受地震震动最早的部位。震中到震源的深度被称作震源深度。通常来说,我们将震源深度小于70千米的叫做浅源地震,深度在70~300千米的叫做中源地震,深度大于300千米的叫做深源地震。

对于同样大小的地震,由于震源的深度不同,对地面所造成的破坏程度也是不同的。一般震源越浅,破坏性越大,但波及的范围也越小;反之亦然。

(2)震级

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