環境科學 第1章：環境問題及其成因 與永續性

核心案例研究：關於永續性 (1) 「指地球多變的自然系統、人類文化，以及經濟體系得以無限期地存活，並適應環境變化的能力」。 聯合國「千禧年生態系統評估報告」 United Nations Millennium Ecosystem Assessment中 ： 「人類活動對地球的自然功能所產生的壓力如此之大，以致於地球生態系統支持後代永續生存的能力不能再被視為理所當然」。 地球上的生命已持續了至少35億年 地球環境曾受到災難性的改變 。 在短短數百年，人類就學得如何去掌控大部分的地球以支持我們基本的需求和快速增加的慾望。 人類是聰明但是否為有智慧的物種。

核心案例研究：全然相關於永續性 (2) 這個星球上的生命在面對長期且劇烈的環境變化下是否可持續，主要取決於三個關鍵因素： 太陽能 (solar energy) 2. 生物多樣性 (biodiversity) 3. 化學循環 (chemical cycling)

太陽能 溫暖了地球。 提供能源，讓植物生產食物供應自己、供應人類和大多數其他的動物。 提供能源，譬如可用來發電的風力和流水。

生物多樣性 多樣化的不同生物 多樣共存及相互作用的生態系統 沙漠 森林 海洋 草原 物種及生態系統更新土壤、淨化空氣和水

化學循環 靠著自然界的過程循環養分或化學物質 循環是必要的，地球無法新添補這些化學物質 養分從有機體循環至無生命的環境再循環回去 如果沒有化學循環，就沒有生命

解決方案 了解我們的環境 操練永續性

1-1 何謂環境永續社會？ 概念 1-1A 我們的生活和經濟體系依賴來自太陽的能源，以及地球所提供的自然資源和自然服務（自然資本， natural capital）。 概念 1-1B 永續地生活指的是依賴地球的自然收益(natural income)為生，但不耗盡或劣化供給自然收益的自然資本。

環境科學是研究大自然之間的連結 環境 (environment) 環境科學 (environmental science) 生態學 (ecology) 生物體 (organisms) 物種 (species) 生態系統 (ecosystem) 環境主義 (運動) (environmentalism)

生活得更永續 永續性(sustainability)是本書的中心課題 自然資本 (natural capital) 自然資源 (natural resources) 自然服務 (natural services) 光合作用 - 來自太陽的支持 很多人類的活動會劣化自然資本

自然資源 材料 可再生 空氣、水、土壤、植物 非再生 銅、石油及煤炭

自然服務 大自然行進的過程 空氣和水的淨化 養分循環 從環境流通到生物，再循回到環境

自然資本 自然資本 自然資本 = 自然資源 + 自然服務 空氣 可再生能源 （太陽、風、 水流） 空氣淨化 氣候控制 紫外線防護 （臭氧層） 生命 （生物多樣性） 水 人口控制 水淨化 蟲害防制 水處理 非再生礦物 （鐵，砂） 天然氣 土壤 陸地 土壤再生 糧食生產 油 養分循環 煤層 非再生礦物 （化石燃料） 自然資源 自然服務

永續性的環境 取捨 (trade-off) 分析 可接受的科學概念和結果 人為因素 新的科學概念 發明新的技術 政治壓力 經濟壓力

保護自然資本並以其收入為生 的環境永續社會 自然資本和自然收入 永續地生活: 指的是依靠地球自然資本所提供的自然收入維生

1-2 我們的生態足跡如何影響地球？ 概念 1-2 由於我們的生態足跡成長，我們也劣化並消耗了更多的地球自然資本。

自然資源 (1) 永恆資源(perpetual resource)– 持續不斷地更新 太陽能源 可再生資源(renewable resource)– 在幾天至數百年間獲得補回 淡水 清新的空氣 草原 森林 肥沃的土壤 - 魚類族群

自然資源 (2) 永續收益 (sustainable yield) 能夠被使用的最高速率 環境劣化 (environmental degradation) 使用可再生資源超過其自然的回復速度

環境劣化 氣候變化 森林萎縮 空氣污染 野生動物棲 息地減少 土壤侵蝕 物種滅絕 Figure 1-4: Degradation of normally renewable natural resources and services in parts of the world, mostly as a result of rising population and resource use per person. 水質污染 遠洋漁業 的沒落 含水層耗竭

公共災難 Tragedy of commons 劣化之所以發生，是基於每個共享公共資源與自由使用資源使用者的想法 。 「就算我不使用這個資源，別人也會使用。我使用後所產生的一點點污染不會造成什麼影響，何況它是一種可再生資源。」 如果只有少數使用者的話，這種邏輯確實成立。 但是，當多數人試圖要剝削共享可再生資源時，足以使資源耗盡或破壞，這就是災難。

生態足跡 (1) 生態足跡 (ecological footprint) 能無限期地提供給特定國家或地區的人們使用可再生資源。 以及吸收和回收處置使用此資源所產生的廢棄物及污染時，所需的具生物生產力的土地和水體的數量。 人均生態足跡 (per capita ecological footprint) 特定國家或地區個人的平均生態足跡。

生態足跡 (2) 生態赤字 (ecological deficit) 一個國家的（或世界的）總生態足跡大於它的生物承載力，以致於無法補充再生資源，以及吸收使用資源所產生的廢棄物及污染。 2008年估計：人類全球性的生態足跡，預估超過地球得以無限期地支持人類和其他形式生命的生態承載力至少30% 。 約88%發生在高收入國家。 人類約需要相當於1.3個地球。

生態足跡 總生態足跡（萬公頃） 全球生態乘載力分攤（％） 人均生態足跡 （公頃/人） 美國 歐盟 中國 印度 日本 地球數 年 非永續性生活 永續性的生活 生態足跡 Figure 1.8: Natural capital use and degradation: total and per capita ecological footprints of selected countries (top). In 2003, humanity’s total or global ecological footprint was about 25% higher than the earth’s ecological capacity (bottom) and is projected to be twice the planet’s ecological capacity by 2050. Question: If we are living beyond the earth’s ecological capacity, why do you think the human population and per capita resource consumption are still growing exponentially? (Data from Worldwide Fund for Nature, Global Footprint Network) 預估足跡

估計一下你 的生態足跡 http://myfootprint.org/en/visitor_information/

非再生資源 非再生– 以一定的數量或存量存在於地球的地殼中 能源資源，如煤和石油 金屬礦產 非金屬礦產 循環回收 (recycle) 再使用 (reuse)

已開發國家是決定對整體環境影響 的關鍵因素 美國、加拿大、日本、澳洲、紐西蘭和歐洲等國家 占世界人口的18% 使用約 88%的世界資源 製造約 75%的全球污染和廢棄物

另一種環境衝擊模型—IPAT 協助確定人類活動對環境的影響 。 I = P × A × T I = 環境的影響 (environmental impact) P = 人口規模 (population size) A = 每個人資源的富裕度或消耗度 (affluence of population) T = 技術 (technology influence)

IPAT 開發中國家 Figure 1-7: Connections: simple model of how three factors—number of people, affluence (resource use per person), and technology—affect the environmental impact of populations in developing countries (top) and developed countries (bottom). While many people in affluent countries over-consume, many poor people in developing countries suffer from not having enough resources. 人均消耗 (富裕度, A) 每單位消費的 　　技術影響 (T) 人口對環境的 　　影響 (I) 人口 (P) 已開發國家

開發中國家 約占全世界 82%人口 中等收入：中國、印度、巴西 低度開發國家：海地、奈及利亞和尼加拉瓜 人均資源的使用率(A)低於已開發國家 較小的人均生態足跡

1-3 何謂污染，我們又能做些什麼？ 概念 1-3 污染防治比汙染清除更加來得有效益且成本低

污染 何謂污染 ? 點源 (point source) 非點源 (non-point source)

污染 解決之道 污染防治 減少或消除污染物的生產 污染清除 它只是一個治標的方法 減少某些形式的污染 將污染物從環境的某一地區移除，但卻在另一個地區造成污染：垃圾焚燒 要將它們減少到可以接受的程度，通常需要花費極大的成本

1-4 為什麼我們會有環境上的問題？ 造成環境問題的主要原因包括人口增加、貧窮、基於浪費和非永續性資源使用的富裕症，以及商業產品和服務的市場價值不包括其對造成環境危害的成本。 導致環境問題的基本原因 未扣除環境成本 的市場價格 人口增長 非永續利用的資源 貧困

指數成長 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 S-shaped ? Figure 1-10: Exponential growth: the J-shaped curve of past exponential world population growth, with projections to 2100 showing possible population stabilization with the J-shaped curve of growth changing to an S-shaped curve. (This figure is not to scale.) (Data from the World Bank and United Nations, 2008; photo L. Yong/UNEP/Peter Arnold, Inc) J-shaped 工業革命 黑死病－瘟疫 2-5 百萬年前 8000 6000 4000 2000 2000 2100 西元前 西元後 狩獵和採集 農業革命 工業革命

貧困而導致的不良結果 缺乏項目 人數（世界人口的百分比） 適當的衛生設施 25億（37%） 足夠的取暖和烹飪燃料 20億（29%） Figure 1-12: Some harmful results of poverty. Questions: Which two of these effects do you think are the most harmful? Why? (Data from United Nations, World Bank, and World Health Organization) 電力 20億（29%） 充分的醫療保健 11億（16%） 清潔飲用水 10億（15%） 合適的住房 10億（15%） 身體健康所需的糧食 9.3億（14%）

貧窮的影響 Effect of poverty

富裕症對環境的影響 有害的影響 大量生態足跡 富裕症 (Affluenza) 有益的影響 更加關注環境品質 提供資金開發技術，以減少污染、環境劣化及資源浪費 減少人口成長

估計資源使用的全成本 Evaluating full cost of resources use 不包括自然資本價值的價格 自然資本價值例如 砍伐森林 +棲息地喪失 捕魚+魚類枯竭 企業租稅優惠 補貼

人們對環境問題及其解決辦法的歧見 環境世界觀 (Environmental worldview) 行星管理世界觀 (Planetary management worldview) 管理世界觀 (Stewardship worldview) 智慧環境世界觀 (Environmental wisdom worldview)

1-5 我們如何活得更永續？ 我們可藉著更有效地利用太陽能、保護生物的多樣性，以及不破壞地球的自然化學循環過程而達成更永續的生活。