与人类生存密切相关的环境科学 生态环境
20世纪60年代末到70年代初形成的环境科学，为人类的今天与未来的生存与发展提供了科学的保障，这是20世纪科技发展的又一伟大成就。20世纪60年代以来，全球的环境污染和环境保护问题在世界范围提出以后，政界、科学界都很重视这一全球性问题。1972年6月在斯德哥尔摩召开的联合国人类环境会议上，为这个会议提供的《只有一个地球，对一个小小行星的关怀和维护》的非正式报告，取得了广泛的共识，推动了不同学科把环境作对象进行研究的进程。
于是逐步建立起以系统地研究人类与环境的相互作用及其演化规律的边缘学科——环境科学以及它的二级、三级的各分支学科。如环境物理学（又分环境声学、环境光学等）、环境化学、环境生物学、环境地质学、环境法学——可以说，至今没有一门自然科学、社会科学、工程科学同环境科学没有关系。如果以往把科学只看成是认识与改造自然的科学的话，那么现在不仅把科学看成是认识与改造自然的科学，而且同时也是保护、美化自然的科学。
生存环境
空气、水、岩石、土壤、水源、大气圈等构成了人类生存的自然环境。人类对自然有一定的依赖关系，人体吸入氧气，呼出二氧化碳，饮用洁净的水，摄取食物营养，维持人体的发育、生长和遗传，使人体的物质和自然中的物质产生交替。
据科学测定，地球上存在的各种化学元素的含量比例，同人体血液中的60多种化学元素的含量比例接近，这说明人是自然的产物。环境是人类生存、繁衍的自然基础，保护和改善自然环境，是人类生存发展的重要前提。
人类早期的活动，对自然没有明显的影响和损害，自然条件在相当长的时间里主宰着人类的命运。工业革命以后，人类的发展对环境的影响增大了。
到了20世纪，大气严重污染，水资源空前短缺，森林惨遭毁灭，可耕地不断减少，大批物种濒临灭绝，人类赖以生存的自然环境正处在危机之中。人类在创造巨大的物质财富的同时，也造成了严重的环境污染和生态的破坏。
生态平衡
生态平衡是指生物种类的组成、生物数量比例及能量流动、物质循环都处于相对稳定状态。水塘里的鱼靠浮游动植物生活；鱼死后，水里的微生物把鱼的尸体分解为化合物，这些化合物又成为浮游动植物的食物；浮游动物靠浮游植物为生，鱼又吃浮游动物。这样，在水塘里，微生物一浮游动植物一鱼之间建立了一定的生态平衡。
成熟的生态系统内部物质循环和能量流动可以多渠道进行。如果某一环节受阻，其他环节可以起补偿作用。比如隼以兔、田鼠、麻雀、蛇为食物，当兔、蛇被捕杀，隼就转到吃麻雀、田鼠为主。当然，这种自我调节能力有一定限度，超过限度，平衡就会遭到破坏，甚至导致生态危机。
影响生态平衡有自然和人为两种因素。生态平衡的破坏，主要是人为造成的。火山爆发、雷击火灾、地震、泥石流等，属于自然因素；过度垦荒、放牧、乱捕滥猎等等，属于人为因素。
天然环境与人为环境
天然环境又称“原生自然环境”，指那些只受人类间接的或轻微影响的，原有自然面貌基本上未发生明显变化的自然地理环境。如极地、高山、大荒漠、大沼泽、热带雨林、某些自然保护区以及人类活动较少的海域等。
人为环境又称“次生自然环境”，指那些自然条件经受人类直接影响和长期作用之后，自然面貌发生重大变化的地区，如农业、工业、城镇等开发利用地区；还包括那些被污染了的自然环境在内，如大气、水、土的污染和噪声、放射性污染等因人为因素引起的污染。虽受人类干扰，但其本身的演化和作用过程，仍受制于自然规律。
环境问题
环境问题包括两个方面：第一环境问题和第二环境问题。
第一环境问题是指地质化学循环和自然界的变迁所导致的不利于人类和生物生存的环境变化。生物出现以后，地质化学循环渐趋平稳，激烈变化只发生在局部地区。由此引起的环境变化已不是当代环境问题的主流。
第二环境问题是指人类的生产和生活活动所造成的不利于人类和生物生存的环境变化。核心有污染问题、人口问题、能源问题、资源（土地、森林、生物、矿产等）问题和粮食问题等。
环境污染的危害与治理
公害病
公害病是指环境污染引起的地区性疾病。它有以下特征：（1）由人类活动造成的环境污染引起的疾患；（2）损害健康的环境污染因素极为复杂；（3）一般具有长期（十几年或数十年）陆续发病的特征，还可能累及胎儿，危害后代，间或爆发性发病，使大量人群在短期内出现症状；（4）发病机制不详，缺乏特效疗法。它不仅是一个医学概念，而且有法律意义，须经严格鉴定和国家法律正式认可。
城市热岛
城市热岛因城市的特殊环境条件（如工厂和高层建筑等），使市内形成了高温区，周围有较密集的等温区，类似地图上小岛的等高线而得名。气流能从城市四周吹向市中心，城郊污染的气体流入市区造成危害。
温室效应
温室效应原指温室的玻璃顶、壁能截获室内反辐射的红外线使室温增高的现象。在环境科学中主要指大气中的二氧化碳等能吸收地面反辐射的红外线使近地表层气温增高的现象。二氧化碳的含量越多，这种作用就越强烈，甚至可能触发冰雪反馈，导致全球性的灾难。
交通公害
交通公害是指机动车辆排放废气、产生噪音和振动，造成对公众的健康危害。大气污染中的一氧化碳、碳氢化合物几乎全部都来自汽车排出的废气。废气造成被害者的眼睛疼痛、喉咙难受，重者手脚麻木；噪音和振动妨碍说话，使人产生烦恼、焦虑情绪，影响睡眠等。治理交通公害是交通工程学研究的重要内容之一。
石油污染
石油污染是指在石油的开采、炼制、贮运和使用过程中，原油和各种石油制品造成的污染。以海洋为最严重。危害是多方面的，已成为世界性的问题。
湖泊老化
在自然条件下，任何湖泊均以贫营养状态始，截获径流中的营养元素逐渐过渡到富营养状态，沉积物不断增多，湖泊逐渐缩小，消失，变为沼泽、陆地，这一过程称湖泊老化。自然界的这一过程非常缓慢，常需几千年甚至上万年。人为的富营养化则可大大加速湖泊老化的进程。
赤潮现象
赤潮现象是指由于植物营养物的污染，水中浮游生物及藻类突然大量繁殖而引起海水变色的现象，主要发生在近海海域。它严重危害渔业，如日本濑户内海1971年曾发生133起赤潮死鱼事件，1975年竟达200多次，一次赤潮死鱼达千万条，日本濑户内海被称为“死亡的水域”。我国的天津等地近海也出现过较严重的赤潮。
厄尔尼诺现象
厄尔尼诺现象发生时位于赤道东太平洋冷水域中的秘鲁洋流水温反常升高，冷水上翻减弱，冷水中大量浮游生物不能到达表层，造成鱼类因饥荒而大量死亡，其腐烂气体能使船身变黑。同时食鱼海鸟因饥饿而大量死亡或迁徙，鸟粪减少，也间接影响农业。每次现象发生达数月之久。由于海温升高，伴随赤道辐合带在南美西岸异常南移，使干旱的秘鲁中北部和厄瓜多尔暴雨频繁，造成洪涝。该现象不仅对低纬度大气环流、甚至对全球气候的短期变化都具有重大影响。这种现象一般出现于圣诞节前后，在西班牙文中厄尔尼诺（Elninso）原意为“圣婴”，故名。
不容忽视的热污染
所谓热污染，是指现代工业生产和生活中排放的废热所造成的环境污染。热污染可以污染大气和水体。火力发电厂、核电站和钢铁厂的冷却系统排出的热水，以及石油、化工、造纸等工厂排出的生产性废水中均含有大量废热。这些废热排入地面水体之后，能使水温升高。在工业发达的美国，每天所排放的冷却用水达4．5亿立方米，接近全国用水量的1／3。废热水含热量约2500亿千卡，足够2．5亿立方米的水温升高10℃。
热污染首当其冲的受害者是水生生物，由于水温升高使水中溶解氧减少，水体处于缺氧状态；同时又使水生生物代谢率增高而需要更多的氧，造成一些水生生物在热效力作用下发育受阻或死亡，从而影响环境和生态平衡。此外，河水水温上升给一些致病微生物造成一个人工温床，使它们得以滋生、泛滥，引起疾病流行，危害人类健康。
灾害的启示
自然灾害的发生具有客观必然性。至于人为灾害的发生，除了不可避免的客观因素外，它还具有本可避免、却因为人们行为的不慎不当引起的主观因素。20世纪以来，日益严重的全球问题让人们不得不正视和反思人与自然的关系问题。依靠人类自身的智慧和力量防微杜渐、趋利避害，显得非常迫切和必要。灾害是人类不可避免的悲剧，认识不到灾害的隐伏性、突发性是人类的悲剧；如果认识到了灾害而不能及时采取有效措施去防灾、减灾，则是人类更大的悲剧。
绿色技术与环境
绿色技术是指能减少污染、降低消耗、治理污染或改善生态的技术体系。环境问题主要表现为资源枯竭、生态恶化和环境污染。资源枯竭削弱了工业的物质基础，威胁到人类的可持续发展。生态恶化增加了农业生产投入，减少了产出，同时降低了人类的生存质量。环境污染导致生物物种灭绝，加剧了生态恶化，同时通过食物链危害人类。
为了解决环境问题，人类需要超越现代技术，寻求一种新的技术体系，以实现人类的可持续发展。在此背景下，绿色技术应运而生。
生物多样性的破坏问题
中国是生物多样性破坏较严重的国家，高等植物中濒危或接近濒危的物种达4000～5000种，约占中国拥有的物种总数的15～20％，高于世界10～15％的平均水平。在联合国《国际濒危物种贸易公约》列出的640种世界濒危物种中，中国有156种，约占总数的1／4。中国滥捕乱杀野生动物和大量捕食野生动物的现象仍然十分严重，屡禁不止。
化学物质污染汉理有突破
化学物质是世界上最令人忧虑的污染物，它们包括多氯联苯和二恶英及熄灭的爆炸物和致死性神经毒气等军用废料。有机化合物几乎完全是由碳氢和氧组成的，在理论上它们都可以分解成水和二氧化碳，以及很少量危害不是太大的其他离子，如硝酸盐、硫酸盐及氯化物等。但直到现在，分解这些毒物的方法仍然需要苛刻而昂贵的条件，或者分解后的物质同样有毒。
最近美国宾夕法尼亚州立大学的阿尤斯曼森领导的化学家们提出了一废弃的工业垃圾严重污染环境。个简单的方法：即在含毒性很强的有机化合物的水中溶解少量的氧和二氧化碳，再添加一小把便宜的金属催化剂，然后在85℃的温度下加热几小时。利用这种工艺，可以将受污染的水净化到几乎测不出任何有机污染物痕迹的程度，最后只需过滤掉金属催化剂就行。
废水处理的新方法：发酵产氢
利用某些工业废水作为原料，既能提供丰富的氢能源（比现有方法的氢气排放增加47％），又可以大大节省工业废水处理费用的氢气排放发酵新工艺，由美国宾夕法尼亚州立大学环境工程教授罗根等人开发成功。
在美国宾州大学的试验中，发酵法所使用的细菌来自普通花园土壤。研究人员对收集的土壤进行加热处理，杀死耗氢细菌和非产氢细菌，只留下产氢细菌。在适当的条件下，这些产氢细菌会很快成活。将热处理过的土壤同工业葡萄糖、蔗糖、纤维素、乳酸盐及糖浆等混合，在微酸性、缺氧条件下发酵，便可产生高浓度的氢气。通常，由糖果制造厂、罐头食品厂、糖厂及其他工厂排出的废水，富含葡萄糖及蔗糖。通过产出氢气，将这些糖中的化学能转变成燃料电池中的电能，既可以实现废水处理，又可以获得再生能源，一举两得。
废弃的工厂垃圾也能对周围的环境造成污染。世界环境大事件
八大公害事件
20世纪60年代前因环境污染造成在短期内人群大量发病和死亡的八大事件如下：
（1）比利时马斯河谷事件；（2）美国多诺拉事件；（3）美国洛杉矶光化学烟雾事件；（4）英国伦敦烟雾事件（5）日本四国市哮喘病事件；（6）日本水俣病事件；（7）日本富山县骨痛病事件；（8）日本米糠油事件。
20世纪60年代以后，某些国家出现的公害事件远比上述的严重得多。
比利时马斯河谷事件
比利时马斯河两侧高山耸立，峡谷地带有炼钢、炼焦、炼锌、玻璃、硫酸、化肥等工厂，常年排放大量有害气体。1930年12月初由于气候反常，河谷出现逆温层，整个地区被浓雾覆盖，有害气体聚集在靠近地面的浓雾中难以扩散，气体中污染物浓度急剧增加。从第三天起就有几千人呼吸道发病，发病症状是流泪、喉痛、胸痛、声嘶、咳嗽、呼吸困难，甚至恶心、呕吐。一周内有60多人死亡，而且大批家畜也死亡。后经尸体解剖证实，大气中二氧化硫等刺激性化学物质损害呼吸道，是死亡的主要原因。
美国多诺拉烟雾事件
美国宾夕法尼亚州多诺拉镇是一个两岸高山耸立的马蹄形河谷，谷内有炼铁、炼锌、硫酸等工厂。1948年10月27日早晨开始，烟雾笼罩，气候潮湿寒冷、阴云密布，整整两天云雾不散，空气越来越令人作呕。每个人都感到二氧化硫刺激鼻子的怪味。在这个仅有10000多人的小镇里，四天内就有5000多人因大气污染而发病，死亡17人，发病症状和原因基本上与马斯河谷大气污染事件相同。
