欢迎来到“地球资源的运用”！

在本章中，我们将探讨人类如何从地球获取生存所需的资源——例如水、热能和材料。我们还会探讨如何以可持续的方式进行这些活动，确保未来的人们也能拥有资源。如果某些过程听起来很复杂，别担心，我们会一步一步为你拆解！


1. 天然资源与有限资源

我们使用的一切都来自地壳、海洋或大气。我们可以将这些资源分为两大类：

  • 天然资源 (Natural Resources)： 例如木材、羊毛和棉花。我们经常可以使用合成（人工制造）的替代品来取代它们。例如，我们可能会用聚酯纤维（polyester）代替棉花来制作衣服。
  • 有限资源 (Finite Resources)： 这些是“一次性”资源。一旦用完，它们就消失了。例如化石燃料（煤、石油、天然气）和金属。它们需要数百万年才能形成，因此我们无法快速补充。

什么是可持续发展？

可持续发展 (Sustainable development) 是一个很宏大的术语，意思是指：“既能满足我们当代的需求，又不损害后代人满足其需求的能力。”

类比：想象你有一个巨大的饼干罐。如果你今天把它们全部吃光，明天就没有饼干了。可持续发展就像是你吃饼干的同时，也在以同样的速度烤出新的饼干！

快速回顾：有限资源 vs. 可再生资源

有限资源： 会被耗尽（例如：原油、金属矿石）。
可再生资源： 在使用过程中可以得到补充（例如：木材、农作物）。

重点总结： 化学帮助我们找到更有效利用资源的方法，并制造人工替代品，从而保护我们的自然世界。


2. 获取饮用水

水对生命至关重要，但并非所有的水都能安全饮用。我们使用饮用水 (Potable water) 这个词来描述人类可以安全饮用的水。

饮用水 vs. 纯水

将饮用水和纯水混为一谈是一个常见的错误。它们并不相同！

  • 纯水 (Pure Water)： 100% 由 \(H_2O\) 分子组成，且不含其他任何物质。
  • 饮用水 (Potable Water)： 可能含有少量的溶解盐类和微生物，但对人类来说是安全的。

英国如何获取饮用水：

在英国，我们通常从河流、湖泊和地下岩层（含水层）等“淡水”来源获取水。以下是 3 个步骤：

  1. 选择来源： 寻找优质的淡水来源。
  2. 过滤： 水会通过滤床（通常是沙子和砾石），以去除树叶和泥土等固体杂质。
  3. 消毒： 杀灭任何有害微生物（细菌）。我们可以使用氯 (chlorine)、臭氧 (ozone) 或紫外线 (UV light) 来完成。

如果没有淡水怎么办？

在非常干旱的国家，人们必须使用咸的海水。去除水中盐分的过程称为脱盐 (desalination)。这可以通过两种方式完成：

  • 蒸馏法： 将水煮沸使其变成蒸汽，然后冷却回液体，将盐分留在后面。
  • 反渗透法： 将水推过特殊的薄膜，该薄膜可以阻挡盐分，但允许水分子通过。

注：这些方法需要大量的能量，这使它们非常昂贵！

重点总结： 饮用水并不一定是“化学纯净的”，但它必须不含危害健康的细菌，且溶解盐类必须在安全水平之内。


3. 废水处理

当你冲厕所、洗澡，或是雨水从街道流走时，这些“废水”在排回河流之前必须经过净化。如果我们不处理它们，它们会传播疾病并杀死鱼类。

逐步解析：处理过程

  1. 筛选： 水通过金属网格，以去除碎布、树枝和塑料等大型物体。
  2. 沉淀： 水在大型水槽中静置。较重的颗粒沉入底部形成污泥 (sludge)，而较轻的水（流出物/effluent）则留在上方。
  3. 需氧生物处理： 我们将空气泵入流出物中。这会鼓励“益菌”吃掉残留的有机物质和微生物。
  4. 厌氧消化： 底部的污泥被放入密封且无空气的罐中。不同的细菌会分解它，产生沼气 (biogas)（可用作能源）和干燥的残渣，这些残渣可用作肥料。
记忆小帮手：两个“A”

Aerobic（需氧）= 需要 Air（空气）（用于处理液态流出物）。
Anaerobic（厌氧）= No Air（无空气）（用于处理固态污泥）。

重点总结： 污水处理是一种巧妙的方法，利用细菌“吃掉”水中的废物，使水能够安全地返回自然环境。


4. 提取金属的替代方法（仅限进阶课程）

我们的高品位铜矿（含有大量金属的岩石）快要用完了。科学家们已经发现了两种从“低品位”矿石（含金属量很少的岩石）中获取铜的“绿色”方法。

植物采矿法 (Phytomining)

这种方法利用植物来完成工作！过程如下：

  1. 在含有低品位铜的土壤中种植植物。
  2. 植物吸收铜并将其储存在叶子中。
  3. 收割植物并将其焚烧。
  4. 灰烬中含有铜化合物，可以进一步处理以提取金属。

生物浸出法 (Bioleaching)

这种方法利用细菌来完成工作！

  • 将细菌与低品位矿石混合。
  • 细菌会产生一种称为浸出液 (leachate) 的液体，其中含有铜化合物。

我们如何取出铜金属？

一旦我们从灰烬或浸出液中获得了铜化合物，我们可以通过两种方式获取纯金属：

  • 置换法： 我们让溶液与废铁反应。铁比铜更活泼，所以它会把铜“挤”出来。使用废铁非常符合可持续发展原则！
  • 电解法： 使用电流将铜离子从溶液中拉出来。

重点总结： 植物采矿法和生物浸出法虽然需要较长时间，但它们对环境比传统采矿更好，因为它们不需要在地面上挖掘巨大的坑洞。


快速复习测验

1. 说出三种消毒水的方法：氯、臭氧、紫外线。
2. 哪种过程用于处理污水中的固态污泥？厌氧消化。
3. 木材的人工替代品称为什么？合成聚合物（塑料）。
4. 为什么脱盐很昂贵？它需要大量的能量。

如果没有全部答对也不用担心——回头重新阅读该章节即可。你做得到的！