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第九章 地球资源的可持续利用

Lesson 9/11 | Study Time: 20 Min


9.1 人类对物质的利用


人类对物质的利用





人类利用物质的经历



























时代 特点与应用
原始时代 - 使用岩石作为建筑材料。
火的使用 - 制作陶瓷、陶土材料,提升生活质量。
青铜时代 - 约 6000 年前到 3000 年前。
- 掌握利用火冶炼铜的技术,青铜因熔点低而易于冶炼。
铁器时代 - 约 3000 年前至今。
- 掌握了冶炼铁的技术,铁器坚硬、韧性强、锋利,显著改善生活水平。





现今的新型材料



























材料类型 特点与应用
半导体材料 - 应用于通信、计算机等领域。
纳米材料 - 在航空、航天、医学等领域发挥重要作用。
碳纤维复合材料 - 强度高、重量轻,广泛用于飞机制造等高科技领域。
石墨烯 - 导电性好,应用于能源存储、电子设备等领域。





材料的分类(以化学角度)























类别 特点与应用
金属材料 - 包括纯金属和合金,具有导电性、延展性等特点。
无机非金属材料 - 包括陶瓷、玻璃、水泥等,耐高温、不易腐蚀。
合成高分子材料 - 包括塑料、合成纤维、合成橡胶等,具有可塑性、轻便等特点。





合金


合金的定义与特点



















内容 描述
定义 - 在金属中加入其他金属或非金属形成的具有金属特征的物质。
特点 - 是混合物而非化合物。

合金与纯金属的对比



























性能 合金的优势
硬度 - 更大硬度,适合制造工具和机械部件。
熔点 - 较低熔点,便于加工。
强度 - 更高强度,韧性好,耐拉伸、耐弯曲、耐压打。
抗腐蚀性 - 抗腐蚀性能更强,适用于恶劣环境。
















9.2 地球上的各种资源


地球上的各种资源





地球资源的定义



























内容 描述
定义 - 人类直接从自然界获取并用于生活和生产的物质和能量。
别称 - 又称为自然资源。
种类 - 包括生物资源、土地资源、矿产资源、水资源等。
扩展 - 随着科技进步,空气、自然景观等过去不被认为是资源的事物,也被纳入地球资源范畴。





地球资源的分布差异























资源类型 差异表现
铁矿资源 - “贫铁矿”:铁含量低。
- “富铁矿”:铁含量高。
草场资源 - 有些草场牧草茂盛多汁,适合放牧。
- 有些草场牧草低矮稀疏,资源较少。
地区实例 - 马来西亚:地球资源丰富,拥有天然橡胶、优质热带硬木和棕油等资源。





地球资源的更新性


可更新资源



















特点 描述
定义 - 通过自然过程可以不断自我更新的资源。
例子 - 水、生物、土壤、太阳能、风能等。

不可更新资源



























特点 描述
定义 - 更新速度极慢,无法在短时间内恢复的资源。
例子 - 化石燃料(石油、煤、天然气)和其他矿产资源。
形成时间 - 需要上亿年时间形成,更新过程非常缓慢。
现状 - 随着人类开发利用,不可更新资源数量逐渐减少。





地球资源的保护



















问题 描述
资源减少 - 随着人口增长和时代发展,资源总量逐渐减少,部分资源面临枯竭。
矿产过度开采 - 过度开采造成山体中空,可能引发山体塌陷、滑坡和泥石流等灾害。

保护措施































措施 具体方法
法律手段 - 制定法律,防止乱采滥挖,规范资源开发。
经济手段 - 通过税收、补贴等方式,鼓励合理利用资源。
技术手段 - 提高开采和利用效率,减少浪费和损失。
寻找替代物 - 开发新能源,例如用氢气替代矿产燃料。
资源回收 - 充分利用现有资源,推广循环利用,减少浪费。












9.3 水资源


水资源





水资源的主要来源























类型 描述
淡水资源 - 包括流水、湖泊水、沼泽水、地下水和土壤水等。
人类主要来源 - 淡水是人类使用的主要水资源。
淡水比例 - 与海水相比,淡水的比例极小,仅占地球总水量的 2.5% 左右,其中大部分以冰川形式存在,实际可利用的淡水更少。





保护水资源的重要性



















现状 数据与描述
全球缺水问题 - 目前约有 11亿人 生活在缺水地区。
未来趋势 - 到 2025年,淡水资源短缺将成为全球各国面临的严峻问题。





减少用水的方法



















领域 措施
农业用水 - 管道输水:减少水在空气中暴露的时间,降低蒸发损失。
- 喷灌或滴灌:向植物精准供水,避免浪费。
工业用水 - 水循环利用:通过技术手段循环使用工业用水,显著节约水资源。





海水淡化



























内容 描述
定义 - 利用技术手段将海水中的盐分去除,生产可供使用的淡水。
技术手段 - 反渗透膜 和 反渗透法 是目前海水淡化的主要技术。
成本与能源消耗 - 海水淡化的成本和能源消耗远高于直接取用江河湖水或地下水。
发展趋势 - 随着技术进步,海水淡化的成本正在逐步降低,淡化水的价格也越来越接近传统淡水资源。













9.4 饮用水的净化


饮用水的净化





水的循环



















内容 描述
三种形态 - 水以固态、液态和气态存在于自然界中。
循环过程 - 水在自然界中以三种形态不断进行循环,如蒸发、降水、地表径流等。





饮用水的净化必要性



















原因 描述
自然因素 - 自然降水和湖泊流水中含有泥沙、微生物等杂质,直接饮用会危害健康。
人为因素 - 工业废水、农业污染等导致水源污染,需对水进行净化处理后才能饮用。





饮用水净化的“四部曲”



























步骤 方法与描述
1. 凝聚 - 加入聚合氯化铝,使水中杂质凝聚形成絮状物。
2. 沉淀 - 絮状物通过重力作用沉入池底,污泥定期排出。
3. 过滤 - 通过石英砂、卵石等滤料层,进一步去除悬浮杂质、有机物、细菌和病毒等。
4. 氯化(消毒) - 加入氯气或使用臭氧、紫外线杀菌,破坏细菌的酶系统,消灭细菌和病毒。





净化处理的预处理阶段























添加物质 作用
活性炭 - 物理吸附:多孔结构提供大量表面积,吸收杂质,消除异味和颜色。
- 化学吸附:吸附水中的有害化学物质。
生石灰 - 减低水的酸性,促进杂质凝聚。
明矾 - 使水中杂质凝聚形成絮状物,便于沉淀处理。
















9.5 污水的处理


污水的处理





污水的定义与来源



















内容 描述
污水定义 - 含有污染物质的水,导致水的使用价值降低或丧失。
污水来源
- 工厂废水:未经处理直接排放的工业废水。

- 生活污水:如厨房排水、洗涤废水等。

- 人体排泄物:如粪便等污染物。

- 医疗废弃物:含有微生物的医疗污水。

- 化学污染:工厂排放的有毒化学药品直接进入水体。

- 矿业污染:矿业废水中含有汞、铅、镍、镉等有毒金属,损害神经系统。

- 海洋污染:油轮沉没或油井破裂导致石油泄漏,污染海洋水体。





富营养化污染























成因 描述
化肥流入水体 - 过多的化肥被雨水冲入池塘、溪流和江河,导致水体富营养化。
促生藻类 - 氮、磷化合物促使藻类快速生长和繁殖,水体表面长满藻类。
氧气耗尽 - 藻类死亡后腐败分解,微生物消耗大量氧气,导致鱼类和其他生物死亡。





污水的自然净化



























方法 作用
植物根过滤 - 植物的根能过滤水中较大的颗粒物质。
水生植物吸收 - 水生浮萍能吸收水中的金属离子,如汞、铅等。
细菌分解毒物 - 细菌能去除有毒化学物质,并分解石油,用于清除油性溢出物。
水体自净能力 - 水体具有一定的自净能力,但当污染物总量过高时,需借助人工污水处理系统。





污水处理的一般过程



























步骤 方法与描述
1. 机械处理 - 使用网格、沉淀等方法,去除污水中的石块、砂石及硬化结块的油脂等大颗粒杂质。
2. 初级化学处理 - 加入絮凝剂等化学药剂,使污水中的悬浮物和杂质凝聚,便于进一步处理。
3. 生物处理 - 利用微生物分解污染物,将有机物转化为无害物质。
4. 深度处理 - 去除污水中的营养物(如氮、磷等),并通过以下方法进行消毒:

- 加氯:杀灭细菌和病毒。

- 紫外线辐射:破坏微生物的DNA,达到杀菌效果。

- 臭氧消毒:利用臭氧的强氧化性杀灭病原体。













9.6 生物资源


生物资源





生物资源的分类























类型 具体资源
动物资源 - 野生动物资源:如鸟类、哺乳动物等。
- 渔业资源:如鱼类、虾类、贝类等水生动物资源。
植物资源 - 森林资源:提供木材、药材及生态服务。
- 草地资源:如牧草和饲料植物。
- 野生植物资源:如可食用及药用植物。
微生物资源 - 细菌资源:如乳酸菌、抗生素生产菌等。
- 真菌资源:如酵母菌、食用菌等。





生物资源的利用































利用方式 具体描述
经济利用 - 提供木材、可食用野生植物和动物等资源。
药用生物资源 - 利用药用植物如人参、枸杞等进行药物开发。
观赏生物资源 - 观赏动植物用于美化环境,如花卉、观赏鱼等。
科学研究 - 利用生物资源进行基因工程、分子生物学等研究。
环境保护 - 科学家利用嗜食石油的螺菌吞食石油,清洁泄漏的石油。





生物技术的应用


发酵罐















功能 描述
生物反应器 - 用于生产抗生素、酒精和维生素等生物产品。

设施农业



















定义 描述
水培 - 无土栽培技术:植物根系固定在定植篮内,散入植物营养液中,营养液代替土壤提供水分、养分、温度等。
网箱养殖 - 水产品养殖技术:将网片制成箱笼,放置在水流、水质清新、溶氧量高的湖、河、海、水库等水域中进行养殖。





生物资源的保护


森林资源的保护


森林的作用:提供木材、动物栖息地、涵养水源、保持水土、防风固沙、调节气候、净化空气、减少噪音等。


破坏的后果:伐木、毁林开荒会导致水土流失、土地荒漠化、气候恶化等问题。


保护措施:



  • 合理采伐

  • 防止森林火灾

  • 防治病虫害