人类进步与环境代价
—— 绿色化学关注的问题孙立广
（中国科技大学极地环境研究室）
一、引言从绿色革命到绿色科技
20世纪 60年代“绿色革命”的结果：
农作物高产高产水稻品种化肥大量使用 烈性农药水土污染、
肥力降低 水荒
1987年联合国环境与发展大会发表了著名的
,布伦特兰报告,(Brundtland Report) 可持续发展：
“在满足当代人需要的同时，不损害人类后代的满足其自身需要的能力。”
导致 1,1992年巴西里约联合国环发大会将清洁生产纳入,廿一议程,,各国政府首脑会议 ;
导致 2,环境科学思维的划时代转变：从单纯的环境防护到可持续发展,到原子经济性,
从源头上控制污染物来源 。
二、从绿色化学角度重新审视传统概念
,资源,
传统,生产资料或生活资料的天然来源,
包含矿产资源,能源,水资源,生物资源,
土壤和大气资源 。
绿色化学,,资源也是废弃物,污染物的来源 。,
,污染物,
传统,指人类直接或间接的生产活动产生的导致破坏生物资源,危害人体健康,降低大气,水土使用量的那部分物质 。
绿色化学,污染物是尚待利用的宝贵资源与能源,
每一个垃圾场都是一个资源和能源的富矿 。
“绿色科技,承担着完成这个转变的任务 。
回收
1300万吨垃圾 /年 150万吨可利用废料
有机废料
Au,Ag,Cu（纯度 99,9%）
沼气资源评价：以矿床评价为例传统 的要领是：矿床的储量,品位,矿床形态,
深度是矿床评价的基本因素 。
绿色科技 的角度来看：还是要考虑,可综合利用的元素,暂时不可利用的有害,有用和无害元素的种类和数量以及它们作为开采废弃物对环境的破坏程度 。
中国矿产资源的分布和开发问题 。
矿渣,脉石中元素的综合利用：
进步与代价
新疆的小煤窑；
塞里木湖的污染；
攀枝花的铬铁矿；
铜陵铜矿工程决策的科学性和必要性
扭转,北煤南运,
1966年 —1987年长江以南小型煤矿产量达 1
亿吨,1993年发现为了保证长江以南中小城市环境质量控制在国家二级标准以内,必须将硫品位控制在职 1.32%以下 。
,南水北调,与扭转,南粮北调,
大炼钢铁、大跃进
西部大开发了解自然资源现状,开发石油天然气,
把整个西部变成中国的国家公园,保护生态,退耕还林,退耕还草,宜林则林,
宜草则草,西部开发需要绿色化学的保障 。
三、环境代价：人类活动在南极的历史记录
1.大气温室气体的浓度变化
1850年的 280ppm上升到 1998年的 365ppm.
南极 CH4浓度变化表,法尔兹半岛不同环境近地面大气 CH4浓度观测结果（ 1999年与 2000年夏季）
观测区域 样品数 CH4浓度范围
（ ppbv）
CH4浓度均值
（ ppbv）
标准偏差
（ ppbv）
退潮海藻带 8 2373~2020 2119.6 122.7
企鹅活动区 19 1836~2483 2077.5 157.7
人类活动区 23 1835~2092 2016.7 85.0
内陆无人区 14 1727~1835 1778.4 52.4
苔藓植被区 54 1550~1835 1719.6 30.1
地衣植被区 10 1651~1772 1720.8 38.3
南极 N2 O浓度变化
2,南极臭氧洞的变化南极哈雷湾站观测的 10月份平均气柱 O3总量
1970年的一天，保罗 ·格森教授发现肥料和超音速飞机释放的氮氧化物可能对臭氧层造成破坏。
他的研究提醒人类开始关注头顶上那根本看不着的臭氧层的变化。 4年后，罗兰德和简 ·莫里纳教授也证实了氟里昂在大气中分裂并释放出破坏臭氧层的氯原子，灭火剂中的哈龙也在破坏臭氧层。
这 3位科学家因发现了危及人类生存的重大问题，
而获得 1995年的诺贝尔化学奖。
变化的原因
大气动力学
太阳黑子活动 NO2+O3 → NO3+O2
人类活动 （ 汽车,喷气式飞机尾气,工农业生产 ）
NOX（ NO,NO2,N2O）
O+NO2 → NO+O2
O3+NO → NO2+O2
总反应,O+O3 → 2O2
氟里昂的使用
Farman（ 1985)提出氯催化化学反应能破坏南极 O3层：
Cl+O3 → ClO+O2
ClO+NO → NO2+Cl
O+NO2 → NO+O2
O+O3 → 2O2
南极 O3和 N2O浓度关系
南极 1999
南极 2000
9 - Ja n 1 9 - Ja n 2 9 - Ja n 8 - F e b 1 8 - F e b 2 8 - F e b 1 0 - M a r 2 0 - M a r 3 0 - M a r
50
100
150
250
300
Su
n
sp
ot
O
3
s u n s p o t
305
310
315
320
325
O
3
(DU
)
N
2 O(p
pb
)
N
2
O
1 0 - Ja n 2 0 - Ja n 3 0 - Ja n 9 - F e b 1 9 - F e b 1-Mar 11-Mar 21-Mar 31-Mar
50
100
150
250
300
O
3
(D
U
)
Su
n
spot O 3
S u n s p o t
290
295
300
305
310
315
N
2 O(ppb
)
N
2
O
3,过去 3000年粪土中 Pb的历史记录
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
5
10
15
20
25
30
y = 13,0 1+ 8,41 e^ ( - x /3 84,3 8)
Ch i^ 2 = 1 4,32
距 今 年龄 ( 年 )
[Pb]
m
(p.
p
.
m
)
5
10
15
20
25
30
y = 12,8 6+ 8,54 e^ ( - x /3 72,3 1)
Ch i^ 2 = 1 3,91
[Pb]
s
(p.
p
.
m
)
5
10
15
20
25
30
35
y = 14,1 1+ 9,44 e^ ( - x /3 76,1 0)
Ch i^ 2 = 1 6,86
[Pb]
p
(p.
p
.
m
.
)
过去 2000年 Hg的历史记录与人类文明
0
0.5
1
0500100015002000
A.D.
Con.(%)
2
4
6
8
10
0 500 1000 1500 2000
Years B.P.
Cal.Hg
Y2
(ng g
-1
)
500
1000
1500
2000
Hg(ng g
-1
)
0
10
20
30
40
50
Cal.Hg
HF4
(ng g
-1
)
R o m e f a l l
R o m e ￡| H a n p e r,
I s l a m i c / S u i T,
C h r i s t i a n / I n c a s
N e w W o r l d
I n d,W a r
S i l v e r e x h,
￠ù
M o d e r n
a
b
c
d
海豹毛中的
Hg
海豹毛中的 Hg&Se拮抗关系
0
5
10
15
20
25
30
35
0500100015002000
D a t e
Hg(
á
10
-9
g/g)
0
500
1000
1500
2000
S
e
(×
10
-6
g
/
g
)
Se
Hg
0
10
20
30
40
50
60
0500100015002000
D a t e
Hg/LOI(10
-7
)
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
Se/LOI(10
-4
)
Hg/LOI
Se/LOI
海豹毛海豹粪土湖泊沉积的 210Pb,137Cs定年与沉积速率深度
（ cm）
210Pb（ Bq/Kg） 226Ra（ Bq/Kg） 137Cs（ Bq/Kg）
Y2 湖 G湖 Y2湖 G湖 Y2湖 G湖
0.0-1.0 75.10 169.20 26.00 46.50 24.20 40.30
1.0-2.0 76.90 186.60 46.80 52.80 26.60 63.90
2.0-3.0 124.30 127.40 39.60 43.10 25.10 32.50
3.0-4.0 64.10 154.80 30.20 49.20 27.30
4.0-5.0 121.00 67.30 37.90 32.60 40.80
5.0-6.0 112.20 45.00 36.70 37.60 37.40
6.0-7.0 79.40 34.50 22.20 38.20 34.40
7.0-8.0 74.80 46.10 23.30 46.50 25.70
8.0-9.0 130.80 / 36.20 / 45.90
9.0-10.0 109.20 48.40 35.80 46.10 35.80
10.0-11.0 97.00 35.80 51.10
11.0-12.0 186.90 46.90 48.20
12.0-13.0 74.90 31.70 58.30
13.0-14.0 74.60 61.00 51.90
14.0-15.0 75.00 27.40 32.70
Pb-210定年
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
6
5
4
3
2
1
0
210
Pb CR S 模 式定 年深度
(c
m)
yr.BP
Cs-137定年
0 10 20 30 40 50 60 70
4
3
2
1
0
1965 年深度
(
c
m)
137
C s( Bq/Kg)
有机难降解农药在冰缘沉积物中的分布
NR
X
0.10
1.00
10.00
100.00
1940195019601970198019902000
Date
D
D
T
s
(
n
g
c
m
-2
yr
-1
)
0
20
40
60
80
100
D
D
T
s
u
s
a
g
e
(
k
t
)
DDT Flux
DDT usage
0.00
10.00
20.00
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Depth(cm)
D
D
T
(
n
g
g
-1
)
4,南极站区的污染状态
(1)能源问题
(2)运载系统的尾气污染
(3)建筑材料的锈蚀
(4)垃圾处理系统
(5)污水处理系统
(6)食物残体
5,绿色化学在南极环境维护中的研究目标
(1) 绿色石油化学
(2) 环境催化研究
(3) 低温下可降解高分子材料研究
(4) 防止火灾的环保建筑材料及防腐油漆的研究谢 谢 ！
—— 绿色化学关注的问题孙立广
（中国科技大学极地环境研究室）
一、引言从绿色革命到绿色科技
20世纪 60年代“绿色革命”的结果：
农作物高产高产水稻品种化肥大量使用 烈性农药水土污染、
肥力降低 水荒
1987年联合国环境与发展大会发表了著名的
,布伦特兰报告,(Brundtland Report) 可持续发展：
“在满足当代人需要的同时，不损害人类后代的满足其自身需要的能力。”
导致 1,1992年巴西里约联合国环发大会将清洁生产纳入,廿一议程,,各国政府首脑会议 ;
导致 2,环境科学思维的划时代转变：从单纯的环境防护到可持续发展,到原子经济性,
从源头上控制污染物来源 。
二、从绿色化学角度重新审视传统概念
,资源,
传统,生产资料或生活资料的天然来源,
包含矿产资源,能源,水资源,生物资源,
土壤和大气资源 。
绿色化学,,资源也是废弃物,污染物的来源 。,
,污染物,
传统,指人类直接或间接的生产活动产生的导致破坏生物资源,危害人体健康,降低大气,水土使用量的那部分物质 。
绿色化学,污染物是尚待利用的宝贵资源与能源,
每一个垃圾场都是一个资源和能源的富矿 。
“绿色科技,承担着完成这个转变的任务 。
回收
1300万吨垃圾 /年 150万吨可利用废料
有机废料
Au,Ag,Cu（纯度 99,9%）
沼气资源评价：以矿床评价为例传统 的要领是：矿床的储量,品位,矿床形态,
深度是矿床评价的基本因素 。
绿色科技 的角度来看：还是要考虑,可综合利用的元素,暂时不可利用的有害,有用和无害元素的种类和数量以及它们作为开采废弃物对环境的破坏程度 。
中国矿产资源的分布和开发问题 。
矿渣,脉石中元素的综合利用：
进步与代价
新疆的小煤窑；
塞里木湖的污染；
攀枝花的铬铁矿；
铜陵铜矿工程决策的科学性和必要性
扭转,北煤南运,
1966年 —1987年长江以南小型煤矿产量达 1
亿吨,1993年发现为了保证长江以南中小城市环境质量控制在国家二级标准以内,必须将硫品位控制在职 1.32%以下 。
,南水北调,与扭转,南粮北调,
大炼钢铁、大跃进
西部大开发了解自然资源现状,开发石油天然气,
把整个西部变成中国的国家公园,保护生态,退耕还林,退耕还草,宜林则林,
宜草则草,西部开发需要绿色化学的保障 。
三、环境代价：人类活动在南极的历史记录
1.大气温室气体的浓度变化
1850年的 280ppm上升到 1998年的 365ppm.
南极 CH4浓度变化表,法尔兹半岛不同环境近地面大气 CH4浓度观测结果（ 1999年与 2000年夏季）
观测区域 样品数 CH4浓度范围
（ ppbv）
CH4浓度均值
（ ppbv）
标准偏差
（ ppbv）
退潮海藻带 8 2373~2020 2119.6 122.7
企鹅活动区 19 1836~2483 2077.5 157.7
人类活动区 23 1835~2092 2016.7 85.0
内陆无人区 14 1727~1835 1778.4 52.4
苔藓植被区 54 1550~1835 1719.6 30.1
地衣植被区 10 1651~1772 1720.8 38.3
南极 N2 O浓度变化
2,南极臭氧洞的变化南极哈雷湾站观测的 10月份平均气柱 O3总量
1970年的一天，保罗 ·格森教授发现肥料和超音速飞机释放的氮氧化物可能对臭氧层造成破坏。
他的研究提醒人类开始关注头顶上那根本看不着的臭氧层的变化。 4年后，罗兰德和简 ·莫里纳教授也证实了氟里昂在大气中分裂并释放出破坏臭氧层的氯原子，灭火剂中的哈龙也在破坏臭氧层。
这 3位科学家因发现了危及人类生存的重大问题，
而获得 1995年的诺贝尔化学奖。
变化的原因
大气动力学
太阳黑子活动 NO2+O3 → NO3+O2
人类活动 （ 汽车,喷气式飞机尾气,工农业生产 ）
NOX（ NO,NO2,N2O）
O+NO2 → NO+O2
O3+NO → NO2+O2
总反应,O+O3 → 2O2
氟里昂的使用
Farman（ 1985)提出氯催化化学反应能破坏南极 O3层：
Cl+O3 → ClO+O2
ClO+NO → NO2+Cl
O+NO2 → NO+O2
O+O3 → 2O2
南极 O3和 N2O浓度关系
南极 1999
南极 2000
9 - Ja n 1 9 - Ja n 2 9 - Ja n 8 - F e b 1 8 - F e b 2 8 - F e b 1 0 - M a r 2 0 - M a r 3 0 - M a r
50
100
150
250
300
Su
n
sp
ot
O
3
s u n s p o t
305
310
315
320
325
O
3
(DU
)
N
2 O(p
pb
)
N
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O
1 0 - Ja n 2 0 - Ja n 3 0 - Ja n 9 - F e b 1 9 - F e b 1-Mar 11-Mar 21-Mar 31-Mar
50
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O
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(D
U
)
Su
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spot O 3
S u n s p o t
290
295
300
305
310
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N
2 O(ppb
)
N
2
O
3,过去 3000年粪土中 Pb的历史记录
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
5
10
15
20
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30
y = 13,0 1+ 8,41 e^ ( - x /3 84,3 8)
Ch i^ 2 = 1 4,32
距 今 年龄 ( 年 )
[Pb]
m
(p.
p
.
m
)
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y = 12,8 6+ 8,54 e^ ( - x /3 72,3 1)
Ch i^ 2 = 1 3,91
[Pb]
s
(p.
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.
m
)
5
10
15
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35
y = 14,1 1+ 9,44 e^ ( - x /3 76,1 0)
Ch i^ 2 = 1 6,86
[Pb]
p
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p
.
m
.
)
过去 2000年 Hg的历史记录与人类文明
0
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A.D.
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R o m e f a l l
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M o d e r n
a
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海豹毛中的
Hg
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5
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á
10
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0
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(×
10
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海豹毛海豹粪土湖泊沉积的 210Pb,137Cs定年与沉积速率深度
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0.0-1.0 75.10 169.20 26.00 46.50 24.20 40.30
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c
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)
4,南极站区的污染状态
(1)能源问题
(2)运载系统的尾气污染
(3)建筑材料的锈蚀
(4)垃圾处理系统
(5)污水处理系统
(6)食物残体
5,绿色化学在南极环境维护中的研究目标
(1) 绿色石油化学
(2) 环境催化研究
(3) 低温下可降解高分子材料研究
(4) 防止火灾的环保建筑材料及防腐油漆的研究谢 谢 ！
