热机与生态环境，本文主要内容关键词为：热机论文,生态环境论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
当1765年5月瓦特对纽可门蒸汽机进行了改进， 造出了第一台能够连续工作具有实效的蒸汽机后，人类摆脱了以人力和畜力为主要动力的时代，进入了工业社会。从那时起，为了满足生产的需要，提高热机效率，瓦特的实用蒸汽机被后人不断加以改进，并被广泛地用于工业和交通部门。时至今日，人们仍在不懈地努力着，希望获得更高的效率。当然人们的希望并未落空，热机效率确实在不断提高。那么我们是不是最终可以获得100％的热机效率呢？ 热力学第二定律无情地打碎了人们的美好愿望，它告诉我们：不可能获得100％的热机效率， 热机必须向外放出热量。那么在大量使用化石燃料的今天，当大量的废气进入大气层后，会对人类的生存环境带来什么影响呢？
1 “无色杀手”——一氧化碳
一氧化碳是化石燃料中产生的一种无色、无味的有毒气体。当空气中一氧化碳的含量超过百万分之十时，就可使人中毒；含量超过百分之一时，两分钟内就能致人死亡。更为严重的是，一氧化碳在大气中一般可存在4～6个月，具有较强的累积性。
目前，污染大气的一氧化碳主要来自汽车尾气。据估计全世界每年排入大气的一氧化碳达2亿吨左右。尤其在汽车多交通繁忙的大城市， 空气中70％～80 ％的一氧化碳来自于机动车辆排放的废气。 美国纽约1926年就曾经发生过交通警察与驾驶员一氧化碳中毒的事件。
2 温室气体——二氧化碳
据报道“全球变暖在过去3年中也许已经造成10万人死亡， 并可能导致大规模移民、疾病、贫穷甚至战争”。而这正是由于大气中二氧化碳增多产生温室效应所致。大气中正常浓度的二氧化碳的存在是具有与氧气同等重要的地位的。但是二氧化碳由于具有强烈吸收长波辐射本领而又被称为温室气体。当大气中二氧化碳的含量增加，就如同在地球上空形成了一层日益加厚的玻璃墙，它允许太阳发出的短波辐射顺利通过，却将地表面的热辐射吸收后再次向地面辐射，这就造成了地球表面温度不断增加，产生温室效应。
进入工业社会以后，随着科技发展和经济增长，人类大量消耗化石燃料，导致排入大气的二氧化碳量剧增。科学实验测定，19世纪上半叶，大气中二氧化碳的含量仅有270mg／kg，到1978年增加到330mg／kg，1986年达到了345mg／kg。目前已经达到了2000万年来最高水平， 并且还在以每年0.4％的速度增长着。 科学家预言：人类如不采取果断和必要的措施，到2030～2050年大气中的二氧化碳含量将比工业革命时增加1倍，全球平均温度有可能升高1.5～4.5℃。
全球变暖首先造成的影响就是使全球的冰川和冻土融化导致海平面上升。据科学家预测，如果温室气体仍继续按目前情况释放，估计到21世纪末海平面可能上升1m以上，50％～80％的沿海沼泽和岛屿可能被淹没。这将直接威胁居住在这些地区的、约占世界人口1／3的居民的生存。其次，气候变暖对生物的生存环境造成了重大影响。根据研究观察，气候变暖不到1℃就会引起动植物分布的重大改变。因此， 如果未来全球气候真如科学家们预测的那样，许多物种将由于无法适应、或丧失了生存环境而导致灭绝。同时由于生物链的关系，还会导致连锁反应。科学家推测由于一种鸟类的灭绝，将有90种昆虫、335种植物、12种鱼类及0.5种哺乳类相继绝迹。生物多样性是大自然赋予人类的宝贵财富，是人类赖以生存的物质基础，生物的灭绝将给人类的生存造成极大的威胁。第三，温室效应所造成的气候变化会对人类的健康产生直接和间接的影响。直接的影响是由热悬殊、呼吸作用以及更多的自然灾害所造成。间接的影响是由寄生生物和传病媒介的变异传播所造成的。
3 空中死神——酸雨
化石燃料燃烧后会产生硫氧化物和氮氧化物等酸性气体进入大气层。当大气中含有较多的硫、氮氧化物时，这些物质就会溶解或粘附在雨滴上再降至地面，出现PH值小于5.6的酸雨。
酸雨是一种严重的污染物，是大气污染的一种表现。酸雨可长期停留在空气中，危害十分严重。主要表现在三个方面。
第一，酸雨毁灭森林。酸雨使土壤中某些微量元素减少。造成土壤贫瘠。酸雨破坏植物气孔，使植物丧失均衡的光合作用，林木抗病能力下降，最终导致大片森林柘死。目前，意大利北部已有5 ％的森林因酸雨而消失，瑞士全国近3亿棵树木中有1／4因酸雨而死亡， 中欧已有10万公顷的长绿森林因酸雨污染被破坏，整个欧洲因酸雨造成森林破坏的经济损失高达300亿美元。
第二，酸雨造成湖泊酸化。水质的酸化抑制了微生物的活动，水中有机物的分解致使水中固体废物不断积累，破坏了水中生态系统的循环，使湖泊动物群落受到影响。酸雨使许多生气勃勃的美丽湖泊变成水中无鱼遨游、水面不见水禽飞翔的“死亡之湖”。如今，瑞典9 万个湖泊中已有15000个湖泊正在“死亡”。加拿大的安大略省的4000 多个湖泊已全部酸化，鱼类几乎全部绝迹。
第三，酸雨对建筑物造成严重侵蚀。降落到建筑物表面的酸雨与碳酸钙发生反应生成硫酸钙。这种过程可以进行到很深的部位，造成建筑物石料的成层剥落。这种侵蚀使得世界各地的文物古迹遭到了不同程度的损坏。最近40年来，雅典因酸雨污染造成的珍贵文物的损失，比过去400年的总和还要多。世界著名的埃及金字塔和狮身人面像， 自从进入20世纪以来，已被酸雨侵蚀的弱不禁风。中国北京故宫太和殿台阶栏杆及其石柱上的浮雕，如今已模糊不清。荷兰政府每年要支付几百万荷兰盾修复被腐蚀的古建筑和纪念碑。
第四，酸雨对人的危害。酸雨除可以直接刺激人体的眼、呼吸道、皮肤等部位外，其间接对人体造成的危害更严重。河水中的有毒金属如汞、铅等由于酸雨的作用而被引入食物链危害人体。儿童因饮用酸化的水而发生腹泻。曾有科学家认为，酸雨可导致癌症、肾病和先天性缺陷患者大量增加。
更令人担忧的是，酸雨是一种超越国境的污染物，它可以随同大气转移到1000km以外甚至更远的地区。因此，酸雨问题已经不再是一个局部环境问题。尤其是工业发达国家，汽车排放的氮氧化物占总排放量的50％，是向其周边国家的酸雨“出口”国。我国目前二氧化硫的排放量约1800万吨，西南、华南地区已形成了世界第三大酸雨地区，并有向华中、华东、华北蔓延的趋势。
4 光化学烟雾
在汽车拥有量较大的大城市，每当夏季和早秋，城市上空经常出现一种带刺激性淡蓝色的烟雾。这种不寻常的烟雾使人眼睛发红、咳嗽、头晕、恶心，长期伤害可引起肺功能衰退等疾病。这就是汽车尾气对大气污染产生的二次污染物——光化学烟雾。
汽车排出的大量废气中的碳氢化合物和氮氧化合物在强烈的阳光下，会产生一系列复杂的光化学反应，生成臭氧等化合物，而这些化合物与水蒸气会产生二次污染物即光化学烟雾。由于光化学烟雾的生成不仅包括化学氧化过程，而且还包括污染物的扩散输运过程，而且还包括污染物的扩散输运过程。城市中的光化学烟雾可以扩散到100～700km的地区。因此，光化学烟雾污染不仅只是城市的问题，城市周边地区同样会受到影响。
美国拥有约1亿多辆汽车，汽车排放的尾气是最大的污染源， 在各大城市都曾发生过光化学烟雾。墨西哥城为了儿童免遭烟雾之害，学校曾整月停止上课。
5 铅污染
铅是一种对人体产生严重危害的有毒元素。长期大量接触会伤害中枢神经系统、肾、生殖系统和免疫系统。能引起抽搐、昏迷甚至死亡。血液中含铅量高于100μg／1的儿童即为铅中毒者， 会造成神经发育迟缓和低智商。而造成儿童体内含铅量高的主要原因是空气中的铅。由于铅的比重较大，在大气中分布不均匀，越接近地面，空气中的铅含量越大。儿童在成人的呼吸带之下生活，因此儿童比成人吸入体内的铅更多，受到的危害更大。
一系列的研究表明，空气中86％左右的飘移铅化物来自于汽车排出的废气，所以汽车废气是导致铅污染的主要原因。
以上仅是热机废气污染中危害比较突出的五个方面，但我们已经看到了一个不争的事实：热机在给人类带来便利的同时，它又如同一个破坏着人类的生存环境、侵蚀着地球生命的支撑结构的污染源。阿尔温·托夫勒曾警告说：“在我们急于向技术索取眼前的经济利益的过程中。我们已经把环境变成自然和社会的易燃品。”确实，本世纪是有人类社会以来，自然资源和自然环境遭受破坏最严重的一个世纪。而且，大气环境污染问题正在全球呈恶化趋势。为此，我们应该认识到，地球的大气层并不是人类可以毫无限制地弃置废物的无底洞。人类要想继续在地球这颗太阳系中唯一能提供生存环境的星球上生活下去，必须要改变人类中心主义的价值观，改变以经济增长为唯一目标的谋生方式。创造新的技术形式，开发新的能源和生态技术。在发挥科学技术的积极作用的同时，克服科学技术发展的消极影响。从根本上改变人与科技、人与自然不和谐的关系，把经济的增长和人类文明的长久发展结合起来，使我们人类的文明朝着更加理性更加合理的方面前进。