[拼音]：huanjing de huaxue yanhua

[外文]：chemical evolution of environment

環(huán)境的化學演化是環(huán)境演化的一個側面。環(huán)境的發(fā)展歷史可分為地球形成的初期、生物的出現(xiàn)和發(fā)展、人類的出現(xiàn)和發(fā)展三個階段。在各個發(fā)展階段中，環(huán)境的各個圈層的化學組成和含量是不同的，但又有繼承和嬗變的關系。生命的發(fā)生和生物的發(fā)展對環(huán)境的化學演化有著重大的影響。

地球形成初期的化學演化

地球作為一個行星，在46億年前起源于太陽系星云，它經(jīng)歷了吸積、碰撞等演化過程。地球胎形成時，溫度較低，并無分層結構，只是由于放射性衰變致熱和原始地球的重力收縮，和隕石物質(zhì)的轟擊，才使地球溫度逐漸升高，并使地球物質(zhì)具有越來越大的可塑性，出現(xiàn)局部熔融的現(xiàn)象。這時在重力作用下，開始物?史忠?。祬囅u獠拷現(xiàn)氐奈鎦手鸞ハ魯粒?地球內(nèi)部較輕的物質(zhì)逐漸上升。一些重元素（如液態(tài)鐵）沉到地球中心，形成一個密度較大的地核。物質(zhì)的對流伴隨著大規(guī)模的化學分異。地球就逐漸形成現(xiàn)在的地殼（巖石圈）、地幔和地核這些層次。在地球演化的早期，原始的大氣化學物質(zhì)逐漸逃逸殆盡。隨著物質(zhì)的重新化合和分化，原先在地球內(nèi)部的各種氣體上升到地表，地球引力使這些氣體漸漸積蓄在地球周圍形成第二代的大氣圈。第二代大氣的化學成分主要由二氧化碳、一氧化碳、甲烷和氨組成，沒有氧，當然也沒有臭氧層。這一代大氣稱為還原大氣。在地球形成的過程中，由于溫度的升高，地球內(nèi)部結晶水汽化，逸出地表，隨著地表溫度的下降，氣態(tài)水凝成水滴，降落到地面，形成水圈。原始海洋是以氯化物為主的酸性還原環(huán)境。地球形成后10～15億年，巖石圈、大氣圈、水圈已經(jīng)演化成型，是一個強還原環(huán)境。在地熱能、太陽能的作用下，簡單的無機物和甲烷等化合成氨基酸、核甙酸等有機物，并逐步演化為蛋白質(zhì)等有機物，為生命的產(chǎn)生準備了充分必要的條件。

生物出現(xiàn)后環(huán)境的化學演化

大約距今 35億年前，原始海洋中的氨基酸和蛋白質(zhì)形成最簡單的、無氧呼吸的原始生物（細菌）。它們是厭氧的異養(yǎng)生物，靠吸收水環(huán)境中的有機物進行無氧呼吸(發(fā)酵)而獲得能量。這種厭氧異養(yǎng)原始細菌逐步演化出有葉綠素，并能進行光合作用的自養(yǎng)原核生物──藻類，如燧石藻、藍綠藻等，形成藻菌生態(tài)系，在水體中進行光合放氧作用。隨著藻菌生態(tài)系的進化，在10～15億年前，出現(xiàn)了單細胞真核植物，約在6億年前海洋中出現(xiàn)動物，在4億年前（晚志留紀和早泥盆紀）出現(xiàn)陸生蕨類，從此，形成了水陸的動物、植物、藻菌類的生態(tài)系統(tǒng)。

生物的發(fā)生和發(fā)展形成了生物圈。生物的作用對環(huán)境化學物質(zhì)的演化產(chǎn)生巨大的影響。這種影響主要有如下幾個方面：

（1）綠色植物通過光合作用，吸收二氧化碳，放出氧；植物吸收氧，合成蛋白質(zhì);微生物分解生物殘體，放出氮氣。這一切使原來以二氧化碳、一氧化碳、甲烷和氨為主要組分的還原大氣演化成為以氮、氧為主的氧化大氣(第三代大氣)。據(jù)推斷，地球大氣由還原大氣演化成氧化大氣約在18～22億年以前。由于大氣中游離氧逐漸增加，約在 4億年前形成臭氧層。臭氧層對太陽的強烈紫外輻射起到屏蔽和過濾作用，使陸地植物更加繁盛，水生生態(tài)逐漸演化到陸生生態(tài)。綠色植物是二氧化碳的主要轉化者，又是碳素的主要儲存者。據(jù)推算，地球上每年約有 150億噸的二氧化碳轉化為木材。森林植被含有碳素4000～5000億噸。當今使用的礦物燃料（煤、石油、天然氣）是古代生物轉化而來的。

（2）巖石經(jīng)風化和生物的作用形成了土壤。土壤的形成促進了生物的大發(fā)展，影響環(huán)境化學物質(zhì)的循環(huán)和演化。

（3）生物的作用影響水圈的化學演化，使原來以氯化物為主的酸性還原環(huán)境逐漸演化為以氯化物－碳酸鹽為主要成分的中性氧化環(huán)境；氨被氧化為硝酸鹽；活性較大的低價鐵、錳離子被氧化為高價離子，并形成鐵錳水合物或碳酸鹽而富集起來。

（4）水陸的動物、植物和微生物的三級生態(tài)系統(tǒng)，對化學物質(zhì)的循環(huán)產(chǎn)生重大的影響。如占空氣正常含量約0.03％的二氧化碳，通過生物的呼吸作用，大約 300年循環(huán)一次；占空氣正常含量約20％的氧，通過植物的光合作用，2000年可循環(huán)一次。整個水圈的水分，通過生物圈的吸收、排泄以及蒸發(fā)和蒸騰作用，約20萬年可循環(huán)一次。此外，生物的作用對鐵、鈣、碳、氮、磷等的循環(huán)也有很大的影響。

人類出現(xiàn)后環(huán)境的化學演化

可分為從人類出現(xiàn)到產(chǎn)業(yè)革命前和從產(chǎn)業(yè)革命到現(xiàn)在兩個時期。約在 300萬年前，形成了最早能制造工具的原始人類。隨著社會生產(chǎn)力不斷提高，人類對環(huán)境化學演化的作用不斷增強。人類在各個歷史時期大規(guī)模地狩獵和燒荒，興修水利，開墾農(nóng)田，采伐森林等，這些生產(chǎn)活動都對環(huán)境化學演化發(fā)生影響。早期的城市已發(fā)生局部的生活污染，排出的污水中的氮、磷使一些地區(qū)水體受到污染。產(chǎn)業(yè)革命后人類開發(fā)自然和利用自然資源的規(guī)模愈來愈大，不僅把沉睡在地殼中的礦產(chǎn)大量移進地表人類環(huán)境，而且制造出許多種自然界所沒有的人工合成化學物質(zhì)，如農(nóng)藥、塑料和人工合成的許多無機、有機化合物。據(jù)統(tǒng)計，這些物質(zhì)目前已超過500萬種，每年生產(chǎn) 6000萬噸。這就沖擊著長期以來人類所適應的自然環(huán)境，影響和改變著環(huán)境質(zhì)量。20世紀40年代以來，世界化肥產(chǎn)量大約每10年增加一倍。這就改變和加強了地表環(huán)境中氮素和礦物營養(yǎng)元素的化學循環(huán)過程。目前世界施用的礦物肥料每年為4億多噸，其中氮肥約 4000萬噸，其他為磷、鉀等肥料。因此，大量氮、磷通過徑流進入河流、湖泊和地下水。飲用水源受到污染，有些地區(qū)飲用水源中硝酸鹽含量上升到有毒水平。另一個問題是水體富營養(yǎng)化，破壞水資源和生物資源。

人類活動大大加速了地表環(huán)境中各種元素的遷移。古代人類僅利用18種元素，到19世紀就利用了62種元素，20世紀70年代除利用地殼中已知的94種天然元素外，還開始制取和部分利用了地殼中不存在的人造元素如镅、锎等。人們創(chuàng)造了自然界不存在的元素狀態(tài)和組合，如自然界所沒有的呈游離狀態(tài)的鐵、鋁、銅、鋅、鎳、鈷等元素。人類每年從地殼中取出不少于 4立方公里的礦石，冶煉愈來愈多的金屬。大量尾礦、金屬廢料、冶煉廢水的排放，使土地和水域遭到嚴重污染。重金屬元素污染，對環(huán)境的影響較大，如大量應用汞和汞化合物的一些氯堿廠、有機化工廠的汞污染特別嚴重。石油燃燒排入大氣的汞每年約3000噸。因此，目前地球未遭汞污染的地區(qū)已經(jīng)很少。另外，礦物燃料產(chǎn)量逐年增加，根據(jù)統(tǒng)計，1975年全世界煤產(chǎn)量為276100萬噸，石油產(chǎn)量為270800萬噸。這些礦物燃料的燃燒影響大氣化學性質(zhì)，轉而又影響整個環(huán)境化學特征。發(fā)生影響最大的是二氧化碳，其次是一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物以及顆粒物。二氧化碳對近地面環(huán)境產(chǎn)生溫室效應；顆粒物可減弱太陽輻射，對地表產(chǎn)生陽傘效應。二氧化硫可形成酸雨。氮氧化物能造成光化學煙霧和破壞臭氧層。已確知，大氣中二氧化碳的濃度已由19世紀60年代的290ppm上升到20世紀60年代末的320ppm，而且所增加部分的五分之一是在1959～1969年的10年中增加的。根據(jù)在夏威夷的冒納羅亞長期觀測得知，從1958～1968年二氧化碳濃度每年平均約增加0.7ppm，而1969年以來，每年平均增加量超過1ppm，證明大氣中二氧化碳濃度的增加有加快的趨勢。

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標簽：環(huán)境的化學演化

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文章名稱：《環(huán)境的化學演化》

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