【文章內(nèi)容簡介】 禽和各類水產(chǎn)等)等基本農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的依賴，因此，在耕地面積有限的情況下，化肥生產(chǎn)和使用便成為農(nóng)業(yè)發(fā)展的一個有力的保障條件。 同樣地，現(xiàn)代科學技術如航天、激光、能源、計算機、電子通訊等的發(fā)展，都急切尋求具有特殊性能的合成材料，如具有耐高溫、耐老化、耐腐蝕、高強度和高導性(光、聲、電、磁、熱及力)的功能材料，于是，超導材料、光導材料、新型陶瓷材料和各類敏感元件材料便應運而生了。 (2)有機合成材料。有機合成材料是建立在碳及其衍生物基礎上的聚合物類礦產(chǎn)品，其基本原料主要來自于煤炭、石油和天然氣。 有機合成材料的制造最早始于19世紀70年代。主要是通過碳化鈣(電石)和水的反應來合成乙烷和乙烯等基礎合成材料。進入20世紀后，隨著廉價石油的發(fā)現(xiàn)，煤炭原料的主導地位迅速喪失。此后，有機合成材料的發(fā)展很快從低碳分子進入到高碳分子的生產(chǎn)(裂解)和聚合階段。到了60年代，世界有機合成材料的80％。90％是在以石油和天然氣為原料的基礎上生產(chǎn)的。 如果說無機合成材料是以重量彰著的話，那么，有機合成材料則是以品種多樣化而占據(jù)合成材料之首。迄今為止，人類社會所生產(chǎn)出的各類有機合成材料已經(jīng)超過500萬種，其中以塑料、橡膠和化纖三大高分子合成材料最為重要。由于有機合成材料具有多種優(yōu)良性能，諸如比重小、強度高、耐腐蝕、絕緣性能好等，因而常常成為金屬合成材料的替代物。目前，有機合成材料已成為現(xiàn)代社會生產(chǎn)和生活中消費需求最大的合成材料。二、礦物燃料 盡管人類學會制造工具已經(jīng)有很長的歷史，并且在大約5000年前就學會通過自然能(如風能和水能)來獲取所需的能量。但是，使用各類工具進行社會生產(chǎn)的能量主體依然來自植物、動物和人類自身。科學研究表明，在農(nóng)業(yè)社會里，人類所獲得的總能量的85％以上是來自于植物、動物和人，其他則來自于自然能。有鑒于此，農(nóng)業(yè)革命便成為了一個人類逐漸控制和提高生物能量轉換器(植物、動物和人)的供給過程。從這一觀點出發(fā)，工業(yè)革命與農(nóng)業(yè)革命的一個顯著區(qū)別就在于，高效而無生命的物質(zhì)能量轉換器取代了低效而傳統(tǒng)的生物能量轉換器，從而使人類社會跨入到了現(xiàn)代能源消費和供給體系時代。而這種無生命物質(zhì)就是現(xiàn)在人們通常所說的礦物燃料。 礦物燃料是指自然界中存在于地下的以液態(tài)、氣態(tài)和固態(tài)化合物為主的可燃性礦物。根據(jù)礦物的元素成分及成因，又可分為化石燃料礦物和放射性燃料礦物(或核能燃料礦物)。其中，化石燃料是指埋藏地層中不同地質(zhì)年代的動植物遺骸，在溫度、壓力和微生物的長期作用下形成的一種礦物燃料。這種礦物燃料包括煤炭、石油、天然氣、油頁巖及油砂等。放射性燃料礦物則是指自然界中含有天然放射性元素的礦物，如鈾。 工業(yè)革命是從蒸汽機的使用開始的。18世紀下半葉，詹姆士瓦特完善了以前的發(fā)明，制造了人類第一臺蒸汽機。1785年以后，蒸汽機開始用于工業(yè)。1820年蒸汽機使用的領域已經(jīng)擴展到了冶金、紡織、輕工食品和采掘業(yè)。從此，蒸汽機成了工業(yè)革命的有力象征，而驅(qū)動蒸汽機運轉并使這個象征發(fā)出耀眼光芒的就是煤炭。19世紀末，在邁克爾法拉第、愛迪生等人的發(fā)明基礎上，誕生了世界電力工業(yè)。此后隨著輸變電技術的成熟，電力工業(yè)的發(fā)展更加刺激了礦物燃料開采業(yè)的發(fā)展。 作為人類大規(guī)模使用的第一種礦物燃料，煤炭所提供的能量可以廣泛用于加熱、照明、海陸運輸以及各工業(yè)部門。煤炭成為完全居于所有商品之上的物質(zhì)產(chǎn)品。它是國家和地區(qū)發(fā)展的基本能源，是人類社會獲得不斷成功的萬能助手。有了煤炭，幾乎任何成功都是有可能的或易如反掌的；沒有它，人類就要被拋回到從前的貧窮困頓之中。 煤炭是促使工業(yè)革命誕生和傳播的極其關鍵的礦物燃料。煤炭意味著人類社會的能量供給開始從生命物質(zhì)進入無生命物質(zhì)的礦物燃料時代，并最終使人類走上了一條開發(fā)新能源的道路。 與煤炭相同，人類對石油和天然氣這兩類礦物燃料的認識和利用可以追溯到距今3000年前。據(jù)記載，中國是最早進行石油和天然氣開采與利用的國家之一。其中周朝時期(公元前11世紀。前771年)的《周易》一書就有“澤中有火”的描述，西漢(公元前206一前25年)時期中國已經(jīng)有了天然氣井，而石油一詞則始見于北宋時期(960—1127年)沈括所著的《夢溪筆談》。盡管如此，對石油和天然氣的大規(guī)模開發(fā)和利用還是在工業(yè)革命開始以后。 19世紀50年代，蘇格蘭人詹姆斯揚建立了煉油基本理論。1859年美國人愛得溫德雷克的石油鉆井成功。緊隨其后的就是天然氣。從此，石油和天然氣成為了礦物燃料家族的新成員。在汽車工業(yè)、化學工業(yè)和城市化發(fā)展的作用下，石油和天然氣在礦物燃料中的地位有了迅速提高。到了20世紀中期，由于人類掌握了通過核裂變和核聚變獲得能量的方法，礦物燃料家族的成員規(guī)模再一次得到擴張。 礦物燃料家族的成長說明了人類支配自然能源過程的加快。這種加快不僅反映在礦物燃料消費總量的增長方面，而且也反映在人均消費占有程度上。19世紀中期，世界一次能源消費總量(包括水電和核電)只有1．3億噸(標準煤炭當量，下同)；剛進入20世紀時，一次能源消費總量也不足8億噸；到了1995年，全世界一次能源消費總量便超過了120億噸(圖1—2)。受此影響，世界人均一次能源消費水平則有了較快增長。與1860年時相比，世界人均一次能源消費水平增長了近19倍(圖1—3)。圖1—2世界一次能源消費總量與人口增長變化(1860～1995年)圖1—3世界人均一次能源消費水平變化(1860～1995年)人類在進入20世紀50年代后，世界各國相繼面臨著人口、資源和環(huán)境問題。人口激增、資源枯竭和環(huán)境惡化已經(jīng)成為威脅人類生存和發(fā)展的重大問題。人類的生存和發(fā)展受到環(huán)境因素的影響和制約。如果人口增長過快，人口數(shù)量超過了自然資源和生存空間的容納能力，人口必然會遭到強制性和災難性的數(shù)量減少。盡管人類有著與動物具有本質(zhì)區(qū)別而高度發(fā)達的大腦和聰明的智慧，但人的能力畢竟是有限的或者是特定的時間內(nèi)是有限的。從目前全球人口態(tài)勢看，人口數(shù)量正加速增長，特別是自第二次世界大戰(zhàn)結束以來，世界人口增長迅猛。從人類產(chǎn)生到公元1800年前后，人類經(jīng)過了大約300萬年漫長的發(fā)展，人口數(shù)量才首次突破10億大關；到1930年時，經(jīng)過了近130年的時間，人口數(shù)量就超過了20億；到1960年，經(jīng)過了短短的30年時間，地球上的人口數(shù)量就增加到了30億；隨后，人口增長速度進一步加快，到1975年，只用了15年時間，人口數(shù)量就增加到了40億；在12年后的1987年，世界人口正式步人50億。目前，2010年世界人口已經(jīng)超過68億。人口的增長，特別是發(fā)展中國家的人口迅速增長已經(jīng)給許多國家的經(jīng)濟和社會的發(fā)展帶來沉重的包袱。人口的過快增長意味著人類對資源的需求不斷增加和對資源的消耗日益加大。對于可再生資源，如果人類的利用超過了資源的再生能力，資源的再生能力就會退化和消失，從而導致資源的消失。對于不可再生資源，其總量在地球上的貯量是一定的。如果人類對不可再生資源的消耗過大，不僅會影響到本代人的生存，而且會使后代人失去生存的條件和發(fā)展的基礎。自工業(yè)革命以后，特別是自本世紀以來，隨著科學技術的迅猛發(fā)展，人類對資源開發(fā)的強度和利用程度達到了空前規(guī)模。根據(jù)聯(lián)合國估計，世界上每年有600萬hm2土地退化為沙漠化地區(qū)，每年2100萬hm2的農(nóng)田由于沙漠化而變得完全無用或近于無用的狀態(tài)。土地資源，特別是耕地面積的減少直接影響到世界糧食的安全。第四節(jié) 收獲與代價 地球所在的太陽系有九大行星。每個行星在圍繞太陽做自轉運動時都形成了黑白兩個半球。對人類生存的地球而言，這種白天和黑夜的劃分決定了包括人類在內(nèi)的所有生物的運動方式和生存法則。換句話說，黑白相伴是一切事物發(fā)展的必然法則和規(guī)律。從這一觀點出發(fā)，在人類最初開始進行礦產(chǎn)資源的開發(fā)與利用時，收獲和付出就是同時存在的。遺憾的是，盡管人類在進行礦產(chǎn)資源開發(fā)與利用經(jīng)歷了很長的過程，但是在取得對“收獲和付出同在”這一法則的共識方面卻是20世紀70年代以后的事。 一、收獲 應當說，在礦產(chǎn)資源開發(fā)與利用所產(chǎn)生的收獲和付出兩個方面，人類對前者的認識要遠比后者的多。通常，人類開發(fā)與利用礦產(chǎn)資源的收獲主要表現(xiàn)在人口規(guī)模和GDP增長以及城市化發(fā)展三個方面。 (1)人口規(guī)模增長。由于歷史資料的獲取在目前依然是一件十分困難的事，因此，通常的做法是對不同生存環(huán)境條件下人口數(shù)量增長規(guī)模的變化進行推斷，并加以逐一驗證。 圖1—4表明，按照基本滿足以狩獵、捕魚和采集野果為生的人類需要的生存空間計算，農(nóng)業(yè)革命以前地球上人口總數(shù)的最大量不會超過2 000萬人。多數(shù)人口專家認為，當時世界人口總量大體在200—1 000萬人之間更為實際。 圖1—4世界人口長期增長變化過程 對新石器的掌握在很大程度上改善了人類的生存環(huán)境。農(nóng)業(yè)革命的最終結果使人口規(guī)模突破了舊石器時代的極限。到工業(yè)革命前的1750年，全球人口可能達到了6．5～8．5億人。而此時世界人口的80％集中在亞歐大陸。從某種程度上講，8．5億人是農(nóng)業(yè)革命階段世界人口歷史的最大值。 工業(yè)革命標志著世界人口增長進人了一個嶄新階段。建立在大規(guī)模礦產(chǎn)資源開發(fā)之上的快速社會財富積累，為以后出現(xiàn)的人口爆炸奠定了可靠的物質(zhì)基礎。從規(guī)模增長看，在工業(yè)革命發(fā)生后不到100年(1850年)間，世界人口便達到了11億人，1900年又增長到了16億人左右，1950年上升至25億人，1995年則翻倍到57億人。從增長速度看，1750—1850年間世界人口的年均增長速度不到0．3％，1850～1900年間為0．7％，1900—1950年間則達到了1％，1950～1995年間則進一步上升到1．7％。顯然，沒有大規(guī)?！笆^”開發(fā)與利用所提供的巨大動力，世界人口無法完成這種增長的加速運動。(2)人均GDP增長。在人口總量增長確定之后，決定人均GDP增長及變化的關鍵便取決于對GDP總量的把握方面。目前，通常的做法有兩種：一種方法是直接判定方式，即按每人的