第二章第二章 环环境地境地质质学的基本理学的基本理论论 第第1章章 绪论绪论 第第2章章 环境地质学的基本理论问题环境地质学的基本理论问题 第第3章章 土地资源与地质环境土地资源与地质环境 第第4章章 水资源与地质环境水资源与地质环境 第第5章章 矿产资源开发与地质环境矿产资源开发与地质环境 第第6章章 能源与地质环境能源与地质环境 第第7章章 人类活动与地质环境人类活动与地质环境 第第8章章 地质灾害地质灾害 第第9章章 地质环境与人体健康地质环境与人体健康 第第10章章 环境地质调查评价与制图环境地质调查评价与制图 课程内容课程内容主要内容主要内容1地质环境的内涵与基本特征地质环境的内涵与基本特征地质环境的内涵与基本特征地质环境的内涵与基本特征2环境地质作用环境地质作用环境地质作用环境地质作用3环境地质学理论研究几个前沿问题环境地质学理论研究几个前沿问题环境地质学理论研究几个前沿问题环境地质学理论研究几个前沿问题4环境地质与文明（观看纪录片）环境地质与文明（观看纪录片）环境地质与文明（观看纪录片）环境地质与文明（观看纪录片） 一一. 地质环境的内涵：地质环境的内涵： “地质环境地质环境”：岩石圈及其表层风化产物。：岩石圈及其表层风化产物。 地质环境是有空间概念的客观实体，地质环境是有空间概念的客观实体， 基本要素：基本要素：l 物质组成物质组成l 地质结构地质结构l 动力作用动力作用2.1 地质环境的内涵与基本特征地质环境的内涵与基本特征地质环境是岩石圈上部有特殊性质的部分，地质环境是岩石圈上部有特殊性质的部分，是个多成分的动力系统，是生命和人类活动是个多成分的动力系统，是生命和人类活动的环境。地质环境是多因子系统，其主要的环境。地质环境是多因子系统，其主要因子是岩石、土壤、有机成分、气体、地下因子是岩石、土壤、有机成分、气体、地下水、微生物以及动力作用等。水、微生物以及动力作用等。 地质环境的上限位置：地质环境的上限位置：岩石圈的表面岩石圈的表面，这里，这里所有的地质环境因子都积极的与大气、地表所有的地质环境因子都积极的与大气、地表水体、生物界相互作用。水体、生物界相互作用。 地质环境的下限位置：决定于人类社会的技地质环境的下限位置：决定于人类社会的技术发展水平，以及进入岩石圈内部的工业活术发展水平，以及进入岩石圈内部的工业活动深度。目前阶段，世界能够进入岩石圈的动深度。目前阶段，世界能够进入岩石圈的深度大约为深度大约为5公里，最深钻探深度达公里，最深钻探深度达12公里。公里。 地质环境对人类的作用：地质环境对人类的作用： 地质资源开发地质资源开发 地质体的利用地质体的利用 1. 地质环境容量地质环境容量 在不影响人类健康和社会经济发展前提下，在不影响人类健康和社会经济发展前提下，一个特定地质空间可能承受人类社会一个特定地质空间可能承受人类社会经济经济活动发展的最大潜能。活动发展的最大潜能。 地质环境的容量，可以用特定地质空间可能地质环境的容量，可以用特定地质空间可能提供给人类利用的地质资源量提供给人类利用的地质资源量和和对人类排放对人类排放的有害废弃物的容纳能力的有害废弃物的容纳能力来评价。来评价。二二. . 地质环境的基本特征地质环境的基本特征 地质资源：是指地质环境系统内可供地质资源：是指地质环境系统内可供 人类利用的一切物质，主要包括：人类利用的一切物质，主要包括： 矿物资源矿物资源 土地资源土地资源 地下水资源地下水资源 地质景观资源地质景观资源 地质空间资源地质空间资源 能源资源能源资源 建筑材料资源建筑材料资源 2. 2. 地质环境的质量地质环境的质量 地质环境质量是指一个特定地质空间适应地质环境质量是指一个特定地质空间适应人类社会人类社会经济活动发展的程度。经济活动发展的程度。 主要可由以下几个方面来衡量：主要可由以下几个方面来衡量： 自然地质条件的稳定性自然地质条件的稳定性 地质环境抗人类干扰的能力地质环境抗人类干扰的能力 原生地球化学背景原生地球化学背景 地质环境承受污染或受破坏地质环境承受污染或受破坏 地质资源的丰富程度地质资源的丰富程度 3. 3. 地质环境的相容性地质环境的相容性指地质环境对人类施加的某种干扰的适应性。指地质环境对人类施加的某种干扰的适应性。良性干扰良性干扰恶性干扰恶性干扰4. 4. 地质环境的反馈作用地质环境的反馈作用地质环境受人类活动干扰后对这种干扰地质环境受人类活动干扰后对这种干扰做出某种反应的作用。做出某种反应的作用。 环境地质作用：主要是指人类与地质环境间环境地质作用：主要是指人类与地质环境间 的相互作用。的相互作用。 自然地质作用自然地质作用 人为地质作用人为地质作用 2.2 环境地质作用环境地质作用一一. . 自然地质作用自然地质作用 内动力作用：内部地质作用主要由内部内动力作用：内部地质作用主要由内部 能量引起的地质作用。能量引起的地质作用。 如构造运动、岩浆运动、火山、地震等。如构造运动、岩浆运动、火山、地震等。 外动力作用：表层地质作用外动力作用：表层地质作用 。 如风化、侵蚀、沉积和成岩等。如风化、侵蚀、沉积和成岩等。实验室无法再现的火山喷发实验室无法再现的火山喷发壮观的火山喷发山山岳岳冰冰川川 褶皱岩层 天体撞击的陨石坑天体撞击的陨石坑 人为剥蚀地质作用：工程挖掘土石、农业平地人为剥蚀地质作用：工程挖掘土石、农业平地 人为搬运地质作用：采矿、建筑地基人为搬运地质作用：采矿、建筑地基 人为堆积地质作用：填海造地人为堆积地质作用：填海造地 人为塑造地形作用：兴建水库、运河人为塑造地形作用：兴建水库、运河 人类活动的其他地质作用人类活动的其他地质作用二二. . 人为地质作用人为地质作用 由由人类地质活动人类地质活动造成的环境恶化：造成的环境恶化：1、地面沉降：地面沉降： 局部地表的缓慢降低，主要是过量抽取地局部地表的缓慢降低，主要是过量抽取地 下水以及地下矿藏采空后，地下静压力失去下水以及地下矿藏采空后，地下静压力失去 平衡而造成上覆岩层下沉。平衡而造成上覆岩层下沉。 2、咸水入侵咸水入侵 (saltwater intrusion) ： 因地下水位下降或咸水侵入地下淡水层，因地下水位下降或咸水侵入地下淡水层， 使地下淡水咸化。使地下淡水咸化。 包括地下淡水层与咸水层串层和海水入侵。包括地下淡水层与咸水层串层和海水入侵。人类活动对地质环境的作用与反作用：人类活动对地质环境的作用与反作用：3、地下水污染地下水污染(groundwater pollution) ： 地下水水质因人为因素而恶化。地下水水质因人为因素而恶化。 4、海平面上升：海平面上升： 海平面上升的人为因素：海平面上升的人为因素： 1）温室效应使全球气温升高；）温室效应使全球气温升高； 2）过量开采地下水及地下矿产造成沿海城市）过量开采地下水及地下矿产造成沿海城市 地面下降；地面下降； 3）人类经济活动造成大量陆地岩土碎屑随水）人类经济活动造成大量陆地岩土碎屑随水 进入海域；进入海域； 4）海水因温度升高而体积膨胀。）海水因温度升高而体积膨胀。5、土地沙漠化土地沙漠化 (desertification) ： 过度农垦、过度放牧及过度樵柴，破坏生态过度农垦、过度放牧及过度樵柴，破坏生态 平衡，导致和加剧土地的沙漠化。平衡，导致和加剧土地的沙漠化。6、土壤盐碱化：土壤盐碱化： 盐和碱在土壤表层迅速积累的过程。盐和碱在土壤表层迅速积累的过程。7 7、水土流失：水土流失： 土壤被风、流水侵蚀和冲刷而去。土壤被风、流水侵蚀和冲刷而去。 后果：农田肥力下降、河湖淤积、洪水泛滥以及后果：农田肥力下降、河湖淤积、洪水泛滥以及 生态环境恶化。可分为自然致因和人为致因。生态环境恶化。可分为自然致因和人为致因。8 8、诱发地震：诱发地震： 由人类活动诱发的地震称为诱发地震，如水库由人类活动诱发的地震称为诱发地震，如水库 蓄水、采矿、废液深井处置和核爆炸等。蓄水、采矿、废液深井处置和核爆炸等。9 9、矿产资源枯竭：矿产资源枯竭： 矿产资源是有限的、不可再生的，随着人口的矿产资源是有限的、不可再生的，随着人口的 快速增长，矿产资源面临枯竭的危险。快速增长，矿产资源面临枯竭的危险。1010、块体运动：块体运动： 泥石流灾害，山体滑坡等。泥石流灾害，山体滑坡等。 1. 人地关系危机的本质人地关系危机的本质 人类意识和社会经济行为与其生存环境的潜人类意识和社会经济行为与其生存环境的潜在利用方向、可承载量之间存在的巨大不整在利用方向、可承载量之间存在的巨大不整合和全面失衡，其核心是资源问题。合和全面失衡，其核心是资源问题。 三三. . 人地关系与可持续发展人地关系与可持续发展 人类对环境的影响表现在：人类对环境的影响表现在：(1) 对环境施加积极的建设影响，提高环境对环境施加积极的建设影响，提高环境 质量，创造新的更适合于人类生活的人质量，创造新的更适合于人类生活的人 工生态系统。工生态系统。 (2) 消极的破坏影响，造成环境污染和资源消极的破坏影响，造成环境污染和资源 的破坏。的破坏。 2. 2. 人地关系危机的表现形式人地关系危机的表现形式人地关系危机表现在：人地关系危机表现在：L 环境变迁环境变迁L 诱发或加剧地质灾害诱发或加剧地质灾害L 地质资源短缺地质资源短缺L 地球环境污染地球环境污染3. 人地关系的协调人地关系的协调 % 人地系统人地系统主从律主从律% 人地系统人地系统反馈律反馈律% 人地关系人地关系递进律递进律% 人地人地适应律适应律 “坚持以人为本，树立坚持以人为本，树立全面、协调、可持续的全面、协调、可持续的发展观，促进经济社会发展观，促进经济社会和人的全面发展和人的全面发展”“决不能吃祖宗饭，决不能吃祖宗饭，断子孙路断子孙路”。4. 4. 可持续发展的人地观可持续发展的人地观 “钓而不纲，弋不射宿钓而不纲，弋不射宿” 孔子孔子 “网开三面网开三面” 史记史记殷本记殷本记 “竭泽而渔，岂不获得？而明年无鱼；竭泽而渔，岂不获得？而明年无鱼； 焚薮而田，岂不获得？而明年无兽。焚薮而田，岂不获得？而明年无兽。 诈伪之道，虽今偷可，后将无复，非长术也。诈伪之道，虽今偷可，后将无复，非长术也。 ” 吕氏春秋吕氏春秋 “春二月，毋敢伐树木山林春二月，毋敢伐树木山林” 秦律秦律田律田律 “既满足当代人的需要，又不对后代人既满足当代人的需要，又不对后代人满足其需要的能力构成危害的发展满足其需要的能力构成危害的发展” （WECD，我们共同的未来我们共同的未来，1987）可持续发展所要解决的核心问题可持续发展所要解决的核心问题 人口人口 问题问题 资源资源 问题问题 环境环境 问题问题 发展发展 问题问题简称简称PRED问题问题可持续发展的主要内容可持续发展的主要内容 可持续发展涉及：可持续发展涉及：p可持续经济发展可持续经济发展p可持续生态发展可持续生态发展p可持续社会发展可持续社会发展 苏丹村民聚集在飞机空投粮食所行经的航道上，苏丹村民聚集在飞机空投粮食所行经的航道上， 等着捡拾散落出来的粮食。等着捡拾散落出来的粮食。饥饿的苏丹饥饿的苏丹九四年普立兹新闻特写摄影奖的作品，作者卡特在拍完照片后将九四年普立兹新闻特写摄影奖的作品，作者卡特在拍完照片后将鹰赶走，但人们问起这个小孩时，作者则不知其现状。后作者由于良心的遣责而鹰赶走，但人们问起这个小孩时，作者则不知其现状。后作者由于良心的遣责而自杀。在遗书中他写道：自杀。在遗书中他写道：“我被鲜明的杀人、尸体、愤怒、痛苦、饥饿、受伤的我被鲜明的杀人、尸体、愤怒、痛苦、饥饿、受伤的儿童、快乐的疯子的记忆纠缠不休，总是警察、总是屠夫儿童、快乐的疯子的记忆纠缠不休，总是警察、总是屠夫真的，真的对不起真的，真的对不起大家，生活的痛苦远远超过了欢乐的程度。大家，生活的痛苦远远超过了欢乐的程度。” 一一. . 全球变化问题全球变化问题 全球变化学全球变化学是研究地球系统整体行为的一门科学。是研究地球系统整体行为的一门科学。它把地球的各个层圈作为一个整体，研究地球系统它把地球的各个层圈作为一个整体，研究地球系统过去、现在和未来的变化规律和控制这些变化的原过去、现在和未来的变化规律和控制这些变化的原因和机制，从而建立全球变化预测的科学基础，并因和机制，从而建立全球变化预测的科学基础，并为地球系统的管理提供科学依据。为地球系统的管理提供科学依据。 2.3 2.3 环境地质学理论研究的几个前言问题环境地质学理论研究的几个前言问题 这些重大全球环境问题已经远远超过了单这些重大全球环境问题已经远远超过了单一学科的范围，迫切要求从整体上来研究一学科的范围，迫切要求从整体上来研究地球环境和生命系统的变化，从而提出了地球环境和生命系统的变化，从而提出了地球系统的概念，即由大气圈、水圈、岩地球系统的概念，即由大气圈、水圈、岩石圈和生物圈组成的一个整体。石圈和生物圈组成的一个整体。 全球变化学现阶段主要研究内容如下：全球变化学现阶段主要研究内容如下： 全球大气化学与生物圈的相互作用全球大气化学与生物圈的相互作用 全球海洋通量研究全球海洋通量研究 全球水文循环过程的生物学特征全球水文循环过程的生物学特征 全球变化对陆地生态系统的影响全球变化对陆地生态系统的影响 全球变化史的研究全球变化史的研究 地球表层环境是一个系统，可以称之为地球表地球表层环境是一个系统，可以称之为地球表层系统，是由岩石圈、大气圈、水圈与生物圈相层系统，是由岩石圈、大气圈、水圈与生物圈相互作用而成的。要弄清地球表层环境发生、发展互作用而成的。要弄清地球表层环境发生、发展过程与变化规律，弄清其空间分布、分异特征与过程与变化规律，弄清其空间分布、分异特征与规律，就必须从圈层的相互作用出发。规律，就必须从圈层的相互作用出发。 圈层之间的相互作用，都是通过能量、物质与信圈层之间的相互作用，都是通过能量、物质与信 息的交换来完成的。息的交换来完成的。二二. . 地球各圈层的相互作用问题地球各圈层的相互作用问题 地球各圈层的相互作用的例子：地球各圈层的相互作用的例子：圈层的相互作用与中国三大区的形成圈层的相互作用与中国三大区的形成东部季风区、西北干旱区和青藏高原区。东部季风区、西北干旱区和青藏高原区。圈层的相互作用与地貌塑造圈层的相互作用与地貌塑造如风沙地貌、冰川地貌、海岸地貌如风沙地貌、冰川地貌、海岸地貌以及喀斯特地貌。以及喀斯特地貌。黄土地貌黄土地貌喀斯特地貌喀斯特地貌冰川地貌冰川地貌- -挪威峡湾，风光无限。颇似长江三峡。挪威峡湾，风光无限。颇似长江三峡。圈层作用与自然灾害：圈层作用与自然灾害：例如例如: : 风暴潮风暴潮 沙尘暴沙尘暴 滑坡滑坡 泥石流泥石流2010年4月24日 甘肃特大沙尘暴1 1、人体的元素组成、人体的元素组成构造人体生命的元素可分三类：构造人体生命的元素可分三类：1) 1) 生命机体不可缺少的宏量元素生命机体不可缺少的宏量元素：氧、碳、氢、钾、：氧、碳、氢、钾、钠、钙、镁、硫、磷和氯，占人体重量钠、钙、镁、硫、磷和氯，占人体重量99.9599.95。2) 2) 生命机体所必需，稍有过剩或不足将有损健康的生命机体所必需，稍有过剩或不足将有损健康的元素元素( (主要是微量元素主要是微量元素)(0.01%)(0.01%)：钼、铁、锌、铜、：钼、铁、锌、铜、锰、钴、碘、钒、铬、氟、硅、硒、溴、铝、锗、锰、钴、碘、钒、铬、氟、硅、硒、溴、铝、锗、镓、锡等。镓、锡等。3)3)生命机体不需要，但易被人体吸收的有害元素生命机体不需要，但易被人体吸收的有害元素：镉、：镉、汞、铅、钛、铀、钍等。汞、铅、钛、铀、钍等。三、医学环境地质问题三、医学环境地质问题2 2、微量元素的生理功能、微量元素的生理功能1 1）某些微量元素可以协组给人体输送宏量元素。）某些微量元素可以协组给人体输送宏量元素。2 2）微量元素是构成人体多种酶的组分或激活剂，）微量元素是构成人体多种酶的组分或激活剂， 一旦失去或缺乏，酶就丧失活力。一旦失去或缺乏，酶就丧失活力。3 3）某学微量元素是构成人体激素和维生素的重要）某学微量元素是构成人体激素和维生素的重要 成分和活性组分，一旦缺少，这些激素和维生素成分和活性组分，一旦缺少，这些激素和维生素 就难以合成。就难以合成。4 4）影响核酸代谢）影响核酸代谢3 3、地方病的环境地质致因、地方病的环境地质致因 地方病地方病又称水土病，其分布具有又称水土病，其分布具有鲜明的区域性鲜明的区域性， 与一定的与一定的地质环境地质环境有关。有关。克山病及大骨节病克山病及大骨节病：以心肌坏死和骨骼关节病变为主：以心肌坏死和骨骼关节病变为主要症状。跟土壤和主粮中要症状。跟土壤和主粮中贫贫ScSc贫贫MoMo有关。有关。甲状腺肿甲状腺肿( (粗脖子粗脖子) )病：人体病：人体缺碘缺碘或或过量摄取碘过量摄取碘所造成。所造成。氟病氟病：过量吸收氟元素过量吸收氟元素引起的一种全身慢性中毒症。引起的一种全身慢性中毒症。心血管病心血管病：其发病受环境水文地球化学因素制约，还与气候、：其发病受环境水文地球化学因素制约，还与气候、 经纬度、社会经济因素、血型以及工业污染等经纬度、社会经济因素、血型以及工业污染等 诸多因素有关。诸多因素有关。癌症癌症：环境地质致因，：环境地质致因，1 1）岩石类型岩石类型 玄武岩、安山岩及富腐殖质岩土分布区内居民玄武岩、安山岩及富腐殖质岩土分布区内居民 的食管癌发病率高，石灰岩分布区肝癌高。的食管癌发病率高，石灰岩分布区肝癌高。2 2）地貌地貌 由山区向平原，食管癌发病率逐渐降低。由山区向平原，食管癌发病率逐渐降低。3 3）环境水文地质特征环境水文地质特征 饮用富含腐殖质及有机质的沟、饮用富含腐殖质及有机质的沟、 塘水可致癌。塘水可致癌。4 4、地质药物、地质药物包括古生物药物、矿物药物和岩石药物三类包括古生物药物、矿物药物和岩石药物三类古生物药物古生物药物：由化石构成，如哺乳动物的骨骼化石。：由化石构成，如哺乳动物的骨骼化石。矿物药物矿物药物：由天然矿物构成，如朱砂：由天然矿物构成，如朱砂( (辰砂辰砂) )、自然铜自然铜( (黄铁矿黄铁矿) )、赭石、赭石( (赤铁矿赤铁矿) )、磁石、磁石( (磁铁矿磁铁矿) )、白石英白石英( (石英石英) )、紫石英、紫石英( (萤石萤石) )、大青盐、大青盐( (石盐石盐) )等。等。岩石药物岩石药物：由岩石构成，如钟乳石：由岩石构成，如钟乳石( (钙华钙华) )、花蕊石、花蕊石( (含含蛇纹石大理岩蛇纹石大理岩) )、海浮石、海浮石( (多孔状喷出岩多孔状喷出岩) )等。等。 生态环境地质问题生态环境地质问题 地质灾害的防治地质灾害的防治 地质环境工程地质环境工程 环境地质质量评价环境地质质量评价 环境地质信息系统建设环境地质信息系统建设现实中的地质与环境现实中的地质与环境Geology & Environment, then and nowGeology & Environment, then and now 文明依地质条件的应允而存，但这种条件却文明依地质条件的应允而存，但这种条件却无时不刻地在潜移默化。（可以真实体会学无时不刻地在潜移默化。（可以真实体会学习环境地质学的真谛）习环境地质学的真谛） Civilization exists by geological consent, subject to change without notice. (Will Durant)2.4 地质环境与文明地质环境与文明过过去游嵩山，人去游嵩山，人们们感受到的是感受到的是浓浓郁的少郁的少林文化气息，林文化气息，而今会使人而今会使人们们感受到嵩山是一部地感受到嵩山是一部地质发质发展史展史书书。 人类的文明源于哪里？人类的文明源于哪里？近日，俄罗斯近日，俄罗斯真理报真理报独家披露说，最新独家披露说，最新的研究发现，地球人类的文明可能源于万年的研究发现，地球人类的文明可能源于万年冰雪履盖的南极大陆！冰雪履盖的南极大陆！而这一发现甚至曾得到伟大的科学家而这一发现甚至曾得到伟大的科学家爱因斯坦的支持。爱因斯坦的支持。 爱因斯坦：爱因斯坦：南极可能存在史前文明！南极可能存在史前文明！ 爱因斯坦认为，一万多年前，北极不在北极点爱因斯坦认为，一万多年前，北极不在北极点 上，而在今天的加拿大北海岸附近；南极也不在南上，而在今天的加拿大北海岸附近；南极也不在南极点上，而位于温带地区。那个时候，温度气候均极点上，而位于温带地区。那个时候，温度气候均适宜的南极大陆也许曾孕育了一种高度发达的古文适宜的南极大陆也许曾孕育了一种高度发达的古文明。然而好景不常，明。然而好景不常，因为地壳发生了逆时针大移因为地壳发生了逆时针大移动，北极漂移到了今天的位置，南极漂移到了冰天动，北极漂移到了今天的位置，南极漂移到了冰天雪地的南极点，气候突然异常寒冷，大陆被冰雪覆雪地的南极点，气候突然异常寒冷，大陆被冰雪覆盖，南极文明也就随之消失了。盖，南极文明也就随之消失了。与爱因斯坦持类似观点与爱因斯坦持类似观点人类文明可能源于远古南人类文明可能源于远古南极的科学家不在少数。极的科学家不在少数。 这个文明会突然从地球上消失，不留一点儿痕迹呢？这个文明会突然从地球上消失，不留一点儿痕迹呢？三种猜测：三种猜测：第一第一，可能是地壳突然发生变动，引发了一场巨，可能是地壳突然发生变动，引发了一场巨大的灾难，洪水淹没了整个世界，也淹没了曾经大的灾难，洪水淹没了整个世界，也淹没了曾经传播文明的王国和人民。传播文明的王国和人民。第二第二，南极史前文明并没有完全消失，可能因为，南极史前文明并没有完全消失，可能因为地球气候发生变化，南极大陆逐渐被冰雪覆盖，地球气候发生变化，南极大陆逐渐被冰雪覆盖，曾经的史前文明被厚厚的冰层永远埋葬。曾经的史前文明被厚厚的冰层永远埋葬。第三第三，这种文明仍然存在，他们可能将自己的先，这种文明仍然存在，他们可能将自己的先进知识传播给了埃及人或者闪族人。进知识传播给了埃及人或者闪族人。 地球的地壳，无时不在变动。地球的地壳，无时不在变动。由化石发现的地点，可以知道古人类的地理由化石发现的地点，可以知道古人类的地理分布及其所处的地质时代和生活环境。分布及其所处的地质时代和生活环境。地质学家，根据这些动植物的遗骸，可以辨地质学家，根据这些动植物的遗骸，可以辨认地球各区域各时代生物演变的情形。认地球各区域各时代生物演变的情形。 推荐纪录片推荐纪录片地理地理 中国中国地质旅行地质旅行行星地球行星地球