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
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250
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Su
n
sp
ot
O
3
s u n s p o t
305
310
315
320
325
O
3
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)
N
2 O(p
pb
)
N
2
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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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150
250
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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
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0 500 1000 1500 2000
Years B.P.
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Y2
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-1
)
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Hg(ng g
-1
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0
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Cal.Hg
HF4
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)
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
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S i l v e r e x h,
￠ù
M o d e r n
a
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海豹毛中的
Hg
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0
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D a t e
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?á
10
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g/g)
0
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10
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/
g
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D a t e
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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
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10.0-11.0 97.00 35.80 51.10
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13.0-14.0 74.60 61.00 51.90
14.0-15.0 75.00 27.40 32.70
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度
(c
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(
c
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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
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)
0
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40
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D
D
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(
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 ！
