人類與地質(zhì)環(huán)境關(guān)系演化

人類與地質(zhì)環(huán)境相互作用，是從人類有意識(shí)地制造工具開始的。在此之前，人類與動(dòng)物沒有太多差別，本能地、被動(dòng)地依附于地質(zhì)環(huán)境。從人類文明的歷史發(fā)展過程分析，可將人類與地質(zhì)環(huán)境的相互作用的歷史進(jìn)程大致劃分為以下幾個(gè)時(shí)期。(一)文明史前時(shí)期在這一時(shí)期，人類從被動(dòng)地依附于地質(zhì)環(huán)境轉(zhuǎn)向主動(dòng)地求助于地質(zhì)環(huán)境，從周圍的地質(zhì)環(huán)境中有目的、有意識(shí)地就地選取合適的礦產(chǎn)材料作為原料來制造工具。以當(dāng)時(shí)人們開發(fā)利用的主要礦產(chǎn)種類為依據(jù)，歷史學(xué)家將文明史前時(shí)期劃分為舊石器時(shí)代、新石器時(shí)代、青銅器時(shí)代和鐵器時(shí)代。礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用，對(duì)人類社會(huì)文明的發(fā)展產(chǎn)生了巨大的、無可代替的作用。舊石器時(shí)代人們將石料打制為生產(chǎn)工具，維持采集和狩獵的原始生活。我國考古工作者發(fā)現(xiàn)，最早為人們所利用的礦產(chǎn)主要是石料、石英和燧石［29］。例如，脈石英是周口店附近來源比較豐富的一種原料，北京人在長期實(shí)踐中發(fā)明了砸擊法將脈石英打制為石制品，使這種劣質(zhì)原料的制品成為石制品的主要組成部分［30］。大約在公元前3500年，古美索不達(dá)米亞人已經(jīng)學(xué)會(huì)用太陽曬干的粘土磚塊建造永久性居所。到了新石器時(shí)代，石料礦產(chǎn)的利用更加廣泛，制作的工具除石刀、石箭外，還有石斧、石鐮、石犁等。同時(shí)，人們開發(fā)利用粘土、陶土等非金屬礦產(chǎn)作為原料來燒制陶器，開發(fā)利用多種礦物作為原料來制作玉器、首飾和繪畫。之后，人們發(fā)現(xiàn)銅熔煉后加入少許錫硬度會(huì)大大增強(qiáng)，開始向青銅器過渡，最先為人們所利用的金屬包括銅、鉛、錫和鋅，逐漸達(dá)到繁榮，之后又向鐵器時(shí)代過渡［31］。實(shí)際上，鐵器在很多方面劣于青銅器。鐵器能推廣應(yīng)用，在很大程度上，是由于青銅器原材料的缺乏。鐵礦可能是最早的基于經(jīng)濟(jì)原因而出現(xiàn)的其他金屬礦的替代品。雖然某些礦產(chǎn)資源發(fā)生了缺乏或耗竭的現(xiàn)象，但當(dāng)時(shí)的決策者并沒有意識(shí)到資源匱乏對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響。大約六七千年以前，人們開始開發(fā)利用地下水?？脊艑W(xué)家在浙江余姚河姆渡原始社會(huì)遺址發(fā)現(xiàn)了我國最早的水井。這口水井原先可能是一個(gè)天然的或人工挖的鍋底形水坑，為防止井壁坍塌，向坑中打入四排木樁，組成一個(gè)方形的樁木墻，將墻內(nèi)的泥土挖出，就建成了水井［32］。原始社會(huì)末期，人們已經(jīng)打出了深達(dá)六七米，直徑兩米的生活用水井。隨著井的大量開鑿，人們對(duì)地下水的性質(zhì)也有了新的認(rèn)識(shí)?！豆茏印酚涊d了地下水埋藏深度、地下水質(zhì)和相應(yīng)的地表土壤情況。引泉水灌溉也屬于地下水利用的一個(gè)方面，《水經(jīng)注》中多處提到古代利用泉水灌溉，如山西汾陰(今山西萬榮縣西)引瀵水種稻等。雖然在礦產(chǎn)、地下水、土壤開發(fā)利用方面取得了緩慢的進(jìn)步，但是在自然界面前人類仍處于任由擺布的地位，對(duì)地震、滑坡、泥石流等突發(fā)型的地質(zhì)災(zāi)害完全無能為力。對(duì)自然災(zāi)害，人們認(rèn)為是上天降罰于人類，這便產(chǎn)生了天命主義禳弭思想［33］。人們想要免除自然災(zāi)害，只能祈求上天寬恕。由上述論述可知，這一時(shí)期人類與地質(zhì)環(huán)境的關(guān)系，主要表現(xiàn)在人類向地質(zhì)環(huán)境資源的單純索取上。(二)農(nóng)業(yè)文明時(shí)期從原始社會(huì)末期到近代資本主義萌芽，人類經(jīng)歷了漫長的農(nóng)業(yè)文明時(shí)期。這一時(shí)期，人類在向地質(zhì)環(huán)境索取更多的生活生產(chǎn)資料的同時(shí)，主動(dòng)地順應(yīng)地質(zhì)環(huán)境，利用緩慢進(jìn)步的技術(shù)改造地質(zhì)環(huán)境;隨著人口的增加與技術(shù)的進(jìn)步，人們對(duì)地質(zhì)環(huán)境改造的能力在局域內(nèi)超越了地質(zhì)環(huán)境承載力，引發(fā)了當(dāng)時(shí)難以解決的地質(zhì)環(huán)境問題。越來越多的礦種被不同程度地開發(fā)利用。我國秦漢時(shí)期，鹽礦、鐵、銅、金、銀、鉛、錫、汞等礦產(chǎn)的開采進(jìn)入一個(gè)興盛時(shí)期。魏晉時(shí)期，煤炭已用作生活燃料，人們已經(jīng)懂得將石油做燃料用于戰(zhàn)爭中的火攻。隋唐時(shí)期，鹽業(yè)、銅礦開采得到了大力發(fā)展。到宋代，煤炭已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ詈褪止I(yè)較為普遍使用的燃料。山西已有很多人以采煤為生，煤礦開采已經(jīng)有一套比較完整的技術(shù)。從鶴壁古煤礦遺址知道，當(dāng)時(shí)是先由地面開鑿圓形豎井，深達(dá)46m，然后依地下自然煤層的變化開掘巷道。巷道高1m多，形狀上窄下寬，上寬1m，下寬1.4m，再把需要開采的煤田鑿成若干小區(qū)，運(yùn)用“跳格式”的先內(nèi)后外的方法逐步后撤。井下排水一方面用轆轤往外抽水，另一方面把地下水引進(jìn)采完煤的坑洼地區(qū)貯積起來。古代英國早期主要砍伐森林獲得所需的燃料，但是隨著森林資源的大規(guī)模開伐，木材供應(yīng)緊張，人們開始開發(fā)煤炭以替代木材。1300年，紐卡斯?fàn)柡陀⒏裉m東北部煤炭開采業(yè)已經(jīng)有了一定規(guī)模，人們將開采的煤炭用船水運(yùn)到倫敦供居民使用，到1600年煤炭的使用已經(jīng)相當(dāng)普遍了。到1700年工業(yè)革命前夕，英國煤炭產(chǎn)量達(dá)到了300萬t［34］。原始社會(huì)末期，人們開始開發(fā)利用一種新的資源，并很快取代礦產(chǎn)成為最重要的地質(zhì)資源，這種資源就是土壤。土壤的開發(fā)利用，標(biāo)志著農(nóng)業(yè)的出現(xiàn)。農(nóng)業(yè)的出現(xiàn)是人類發(fā)展史上的一次重要革命。隨著農(nóng)業(yè)的發(fā)展，越來越多的土地留下了人們耕作的痕跡，人類對(duì)地質(zhì)環(huán)境的作用隨著農(nóng)田的擴(kuò)大而在空間上不斷擴(kuò)展和延伸。農(nóng)業(yè)的發(fā)展，促進(jìn)了人口增長和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。由于人口增加，大片宜耕或不宜耕的土地被開墾成農(nóng)田，原來的森林、草原、湖沼、山原不斷為農(nóng)田景觀所取代。農(nóng)業(yè)是直接依托地質(zhì)環(huán)境而發(fā)展的生產(chǎn)部門，無限制的土壤開發(fā)帶來了人們意想不到的地質(zhì)環(huán)境問題。古代美索不達(dá)米亞土壤開發(fā)就是一個(gè)典型的實(shí)例。美索不達(dá)米亞地處幼發(fā)拉底河和底格里斯河之間的沖積平原，地勢(shì)平坦，土地肥沃，但是氣候干旱，土壤滲透性差。為了得到充足的水源，蘇美爾人開鑿運(yùn)河，開挖溝渠，引底格里斯河和幼發(fā)拉底河河水灌溉農(nóng)田，農(nóng)業(yè)開發(fā)取得了前所未有的成功。據(jù)吉爾蘇城邦文獻(xiàn)記載，在公元前2400年平均糧食產(chǎn)量高達(dá)每公頃2537L。然而，長期的只灌不排和過度灌溉導(dǎo)致當(dāng)?shù)氐叵滤徊粩嗌仙?，在蒸發(fā)作用下，地下水中的鹽分不斷在土壤中累積，導(dǎo)致土壤次生鹽漬化問題，原來肥沃的土地逐漸退化。糧食產(chǎn)量不斷下降，到公元前2100年下降到每公頃1460L，到公元前1700年下降到每公頃897L［35］。同時(shí)，引來的河水?dāng)y帶著大量的泥沙，不斷淤積在運(yùn)河與溝渠附近的農(nóng)田，在破壞農(nóng)田的同時(shí)，形成了多堤崗、多沼澤的地貌特征，給人類生活生產(chǎn)造成了巨大影響。據(jù)考古學(xué)家研究，我國樓蘭古國處于塔里木河下游一個(gè)綠洲上。由于漢代政府采取了在西域駐兵屯田的策略，塔里木河中上游的農(nóng)業(yè)開發(fā)規(guī)模日益擴(kuò)大，用水日漸增多，破壞了下游樓蘭的水資源條件，引起綠洲地質(zhì)環(huán)境惡化，土壤沙化日益嚴(yán)重，原本水草茂盛、水網(wǎng)交織、森林密布的綠洲最終退化為不適合人類居住的地質(zhì)環(huán)境，樓蘭古國亦隨之而傾［36］。針對(duì)大規(guī)模的森林砍伐和土地開荒，1666年日本幕府已經(jīng)意識(shí)到發(fā)生土壤流失、河流淤積、洪水泛濫等災(zāi)害的危險(xiǎn)，向人們發(fā)出警告并鼓勵(lì)植樹造林蓄養(yǎng)土地［37］。隨著古代人口增長和城邦的發(fā)展，不同城市間貨物貿(mào)易推動(dòng)了交通道路的建設(shè)。大約在公元前600年，古埃及人開鑿了連接地中海和紅海的第一條運(yùn)河，運(yùn)河寬60m深13m，長約160Km，大量挖掘出來的土壤堆放在運(yùn)河沿岸。用400年的時(shí)間，古代羅馬人采用泥沙、碎石和巖塊鋪設(shè)了30萬Km道路。約公元前100年，人們廣泛采用石灰石燒制混凝土，用作建筑材料［38］。(三)工業(yè)革命時(shí)期18世紀(jì)中葉，以蒸汽機(jī)的發(fā)明為標(biāo)志，人類社會(huì)進(jìn)入了工業(yè)革命時(shí)期。這一時(shí)期人類與地質(zhì)環(huán)境的關(guān)系主要表現(xiàn)為經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)地質(zhì)環(huán)境無約束的大規(guī)模擾動(dòng)、改造和污染。隨著科學(xué)技術(shù)水平的快速提高，人類征服自然的能力空前提高，礦產(chǎn)、地下水和土地(土壤)資源開發(fā)規(guī)模日益擴(kuò)大;農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通水利設(shè)施建設(shè)、礦冶工程、城市化等經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)地質(zhì)環(huán)境作用強(qiáng)度不斷加大;礦山環(huán)境問題、土壤流失、地面沉降、土壤污染等地質(zhì)環(huán)境問題逐步顯現(xiàn)、惡化，對(duì)人類生活生產(chǎn)形成了越來越嚴(yán)重的威脅;人類保護(hù)地質(zhì)環(huán)境的意識(shí)緩慢覺醒，工業(yè)化國家開始制定相應(yīng)的法律法規(guī)來約束人們的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)。工業(yè)革命極大地推動(dòng)了煤炭、鐵礦等礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用，礦產(chǎn)對(duì)于經(jīng)濟(jì)社會(huì)的重要性再次超過了土壤。1795年，William WilKinson發(fā)明了熔煉鐵礦石的熔鐵爐;1815年，Humphry Davy發(fā)明了防止煤礦瓦斯爆炸的安全燈;1856年，Henry Bessemer發(fā)明了底吹酸性過程技術(shù)。隨著一系列技術(shù)的發(fā)明，人們開發(fā)利用礦產(chǎn)資源的能力不斷提高。據(jù)Flinn估算，1750～1830年英國煤炭產(chǎn)量從520萬t增長到3040萬t，80年間增長了6倍左右［39］;生鐵產(chǎn)量從1740年的1.74萬t增長到1880年的774.92萬t［40］，140年間增長了約445倍。美國工業(yè)革命也伴隨著礦產(chǎn)資源的大規(guī)模開發(fā)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國煤炭產(chǎn)量經(jīng)歷了兩次快速增加的時(shí)期:第一次為1867～1918年，煤炭產(chǎn)量從0.13億t迅速增加到6.14億t，之后的1918～1964年，受多種因素影響，煤炭產(chǎn)量在3億～6億t之間變動(dòng);第二次為1965～1998年，煤炭產(chǎn)量從4.73億t快速增長到10.14億t(圖1-13)。同時(shí)，隨著經(jīng)濟(jì)規(guī)模的擴(kuò)大，金屬礦產(chǎn)產(chǎn)量持續(xù)增加(圖1-14)。由于礦產(chǎn)資源開發(fā)利用引發(fā)地質(zhì)環(huán)境問題往往在時(shí)間上存在滯后效應(yīng)，人們?cè)谝庾R(shí)到地質(zhì)環(huán)境問題的危害時(shí)，很可能已遭受了慘痛的教訓(xùn)。英國LanarKshire，HicKleton，Northwich等礦區(qū)先后發(fā)生了地面沉降。據(jù)SherlocK估計(jì)，到20世紀(jì)初英國因采礦導(dǎo)致的地面沉降相當(dāng)于59.1億立方碼的巖石被從地表挖走［42］。1971年，美國西弗吉尼亞南部一座煤礦由于露天開采的疏忽，大雨造成煤炭泥漿池決口，洪水導(dǎo)致118人死亡和4000人無家可歸。圖1-13 美國煤炭產(chǎn)量變化示意圖(1867～1990年)［41］圖1-14 美國典型金屬礦產(chǎn)品產(chǎn)量變化示意圖(1867～1990年)農(nóng)業(yè)和城市發(fā)展對(duì)地下水的需求不斷增加。在1900年以前，美國主要通過自流井開采地下水。隨著各個(gè)州自流井?dāng)?shù)量越來越多，自流井自流水量不斷衰減。到20世紀(jì)30年代，Tolman發(fā)現(xiàn)了地下水開采所引發(fā)的海水入侵和地面沉降現(xiàn)象。含水層枯竭、地下水污染、海水入侵和地面沉降等問題的先后出現(xiàn)，使人們認(rèn)識(shí)到開發(fā)地下水需要進(jìn)行合理規(guī)劃和科學(xué)管理。交通、礦產(chǎn)開采、城市化、農(nóng)業(yè)開發(fā)等工程經(jīng)濟(jì)活動(dòng)規(guī)模的日益擴(kuò)大，使人類活動(dòng)逐漸成為作用于地質(zhì)環(huán)境的一種主要地質(zhì)營力。在火車發(fā)明之前，英國主要依靠水運(yùn)運(yùn)輸?shù)V產(chǎn)和貨物。為了擴(kuò)大運(yùn)輸范圍，英國自1731年開始開鑿運(yùn)河。從第一條Newry運(yùn)河開始到最后一條Liverpool Junction運(yùn)河完成，持續(xù)了近一個(gè)世紀(jì)的時(shí)間。據(jù)統(tǒng)計(jì)，到19世紀(jì)末，英國開鑿運(yùn)河挖掘巖土約2.53億立方碼，修建鐵路搬移巖土約30.31億立方碼，道路建設(shè)搬移巖土約6.24億立方碼，采礦搬移巖土約196.92億立方碼，房屋建設(shè)搬移巖土約5.00億立方碼。由于農(nóng)業(yè)開荒、礦產(chǎn)開采和城市化，1770～1980年歐洲森林面積從2.30億hm2減少到2.12億hm2，減少了7.8%;草地面積從1.90億hm2減少到1.38億hm2，減少了27.4%;農(nóng)田面積從0.67億hm2增長到1.37億hm2，增加了104.5%。從全球范圍來看，1770～1980年森林面積從62.15億hm2減少到50.53億hm2，減少了18.7%;農(nóng)田面積從2.65億hm2增長到15.01hm2，增加了466.4%;城市化水平從3%增長到41%，城市人口達(dá)到18.1億人［43］?？梢钥闯觯谠絹碓蕉嗟牡貐^(qū)人們對(duì)地質(zhì)環(huán)境的擾動(dòng)超過了自然營力的作用。(四)信息革命時(shí)期20世紀(jì)末，人類社會(huì)經(jīng)歷了前所未有的來自知識(shí)信息革命的沖擊。在發(fā)展中國家加快工業(yè)化的同時(shí)，發(fā)達(dá)國家進(jìn)入了知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代。這一時(shí)期人類與地質(zhì)環(huán)境的關(guān)系主要表現(xiàn)為開發(fā)與保護(hù)并重，從過去無節(jié)制的大規(guī)模擾動(dòng)、改造和污染模式轉(zhuǎn)向人地協(xié)調(diào)相處模式。在技術(shù)進(jìn)步的推動(dòng)下，全球經(jīng)濟(jì)一體化的步伐加快，發(fā)展中國家在全球產(chǎn)業(yè)分工中多處在產(chǎn)業(yè)鏈低端，以生產(chǎn)資源環(huán)境密集型產(chǎn)品為主。一方面，發(fā)達(dá)國家加大治理工業(yè)化過程中遺留的地質(zhì)環(huán)境問題力度，加強(qiáng)地質(zhì)環(huán)境涵養(yǎng)與保護(hù);另一方面，發(fā)展中國家承載了越來越多的資源消耗和地質(zhì)環(huán)境污染，地質(zhì)環(huán)境壓力不斷增大。經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)地質(zhì)環(huán)境的作用在空間上不斷延伸，在強(qiáng)度上不斷加大。礦產(chǎn)資源的開發(fā)不再局限于陸域地表淺部。一是向海域進(jìn)軍，探索海底蘊(yùn)藏的礦產(chǎn)資源。幾十年前人們還僅是開發(fā)大陸架的石油和天然氣，而目前正在試圖探索、勘查深海洋底。二是向地殼深部進(jìn)軍，探索地表500m以下蘊(yùn)藏的礦產(chǎn)資源。據(jù)估計(jì)，目前人類每年從地質(zhì)環(huán)境開發(fā)的礦產(chǎn)資源總量高達(dá)300億t以上，人均消費(fèi)量達(dá)到6t左右［44］。城市化、工程建設(shè)、礦產(chǎn)開采、農(nóng)業(yè)開發(fā)等工程經(jīng)濟(jì)活動(dòng)搬運(yùn)和移動(dòng)的土壤與巖石量達(dá)到了前所未有的程度。HooKe根據(jù)不同歷史時(shí)期典型國家的工程經(jīng)濟(jì)活動(dòng)規(guī)模，估算出了不同歷史時(shí)期人均搬運(yùn)巖土量(圖1-15)。如果以人均搬運(yùn)巖土量表示人類對(duì)地質(zhì)環(huán)境作用強(qiáng)度，從圖1-15可以得出，在距今200年以前的人類漫長歷史進(jìn)程中人類對(duì)地質(zhì)環(huán)境的作用強(qiáng)度很弱;近100年人類對(duì)地質(zhì)環(huán)境的作用強(qiáng)度急劇增大，到目前人類每年搬移土壤和巖石總量已經(jīng)超過了全球沉積循環(huán)的自然的土壤和巖石流動(dòng)。圖1-15 人類不同歷史時(shí)期人均搬移土壤和巖石量估算曲線圖［31］在可持續(xù)發(fā)展的框架下，各個(gè)國家先后出臺(tái)了相關(guān)的法律、規(guī)定、政策和規(guī)劃，加強(qiáng)地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與管理。美國1977年頒布了露天采礦與復(fù)墾法，在1990年和1992年進(jìn)行了大幅度的修改和完善，對(duì)礦產(chǎn)開采、礦山閉坑、土地復(fù)墾等活動(dòng)做出法律規(guī)定，并建立了廢棄礦山復(fù)墾基金和礦山環(huán)境恢復(fù)履約保證金等制度，防治礦山開采所引發(fā)的地質(zhì)環(huán)境問題。2002年歐盟出臺(tái)了“第六環(huán)境行動(dòng)計(jì)劃”，目的是促進(jìn)自然資源的可持續(xù)利用和廢棄物管理，強(qiáng)調(diào)資源消費(fèi)不能超過環(huán)境承載能力［45］。2006年歐盟發(fā)布了“土壤主題戰(zhàn)略”，通過建立土地框架指南，以期解決土壤流失、土壤污染、鹽漬化等土壤地質(zhì)環(huán)境問題。
備注：數(shù)據(jù)僅供參考，不作為投資依據(jù)。