环境科学的形成和发展 环境科学是在环境问题日益严重后产生和发展起来的一门综合性科学。到目前为止,这门学科的理论和方法还处在发展之中。
环境科学的形成和发展,大体可分为两个阶段。
有关学科分别探索 早在公元前5000年,中国在烧制陶瓷的柴窑中已按照热烟上升原理用烟囱排烟。公元前2300年开始使用陶质排水管道。古代罗马大约在公元前 6世纪修建地下排水道。公元前 3世纪中国的荀子在《王制》一文中阐述了保护自然的思想:“草木荣华滋硕之时,则斧斤不入山林,不夭其生,不绝其长也。鼋、鱼、鳖、□、□孕别之时,罔罟毒药不入泽,不夭其生,不绝其长也。”人类在同自然界斗争中,也逐渐积累了防治污染、保护自然的技术和知识。
19世纪下半叶,随着经济社会的发展,环境问题已开始受到社会的重视,地学、生物学、物理学、医学和一些工程技术等学科的学者分别从本学科角度开始对环境问题进行探索和研究。德国植物学家C.N.弗拉斯在1847年出版的《各个时代的气候和植物界》一书中论述了人类活动影响到植物界和气候的变化。美国学者G.P.马什在1864年出版的《人和自然》一书中从全球观点出发论述人类活动对地理环境的影响,特别是对森林、水、土壤和野生动植物的影响,呼吁开展保护运动。德国地理学家K.里特尔和F.拉策尔探讨了地理环境对种族和民族分布、人口分布、密度和迁移,以及人类聚落形式和分布等方面的影响。但是他们过分强调地理环境的控制作用,陷入地理环境决定论的错误。马克思和恩格斯批判了这种理论的错误,并且根据许多科学家包括弗拉斯的调查材料,指出地球表面、气候、植物界、动物界以及人类本身都在不断地变化,这一切都是人类活动的结果。
地球上生命的历史,是生物同它的周围环境相互作用的历史。英国生物学家 C.R.达尔文在 1859年出版的《物种起源》一书中,以无可辩驳的材料论证了生物是进化而来的,生物的进化同环境的变化有很大关系,生物只有适应环境,才能生存。达尔文把生物和环境的各种复杂关系叫做生存斗争或者叫适者生存。1869年德国生物学家E.H.海克尔提出了物种变异是适应和遗传两个因素相互作用的结果,创立了生态学的概念。1935年英国植物生态学家A.G.坦斯利提出了生态系统的概念,目前生态学的研究大多是围绕着生态系统进行的。
声、光、热、电等对人类生活和工作的影响从20世纪初开始研究,并逐渐形成了在建筑物内部为人类创造适宜的物理环境的学科──建筑物理学。
公共卫生学从20世纪20年代以来逐渐由注意传染病进而注意环境污染对人群健康的危害。早在1775年英国著名外科医生 P.波特发现扫烟囱工人患阴囊癌的较多,就认为这种疾病同接触煤烟有关。1915年日本学者山极胜三郎用试验证明煤焦油可诱发皮肤癌。从此,环境因素的致癌作用成为引人注目的研究课题。
在工程技术方面,给水排水工程是一个历史悠久的技术部门。1897年英国建立了污水处理厂。1850年人们开始用化学消毒法杀灭饮水中病菌,防止以水为媒介的传染病流行。消烟除尘技术在19世纪后期已有所发展,20世纪初开始采用布袋除尘器和旋风除尘器。
这些基础科学和应用技术的进展,为解决环境问题提供了原理和方法。
环境科学的出现 第二阶段是从20世纪50年代环境问题成为全球性重大问题后开始的。当时许多科学家,包括生物学家、化学家、地理学家、医学家、工程学家、物理学家和社会科学家等对环境问题共同进行调查和研究。他们在各个原有学科的基础上,运用原有学科的理论和方法,研究环境问题。通过这种研究,逐渐出现了一些新的分支学科,例如环境地学、环境生物学、环境化学、环境物理学、环境医学、环境工程学、环境经济学、环境法学、环境管理学等等,在这些分支学科的基础上孕育产生了环境科学。最早提出“环境科学”这一名词的是美国学者。当时指的是研究宇宙飞船中人工环境问题。1964年国际科学联合会理事会议设立了国际生物方案,研究生产力和人类福利的生物基础,对于唤醒科学家注意生物圈所面临的威胁和危险产生了重大影响。国际水文10年和全球大气研究方案,也促使人们重视水的问题和气候变化问题。1968年国际科学联合会理事会设立了环境问题科学委员会。70年代出现了以环境科学为书名的综合性专门著作。1972年英国经济学家B.沃德和美国微生物学家R.杜博斯受联合国人类环境会议秘书长的委托,主编出版《只有一个地球》一书,副标题是“对一个小小行星的关怀和维护”。主编者试图不仅从整个地球的前途出发,而且也从社会、经济和政治的角度来探讨环境问题,要求人类明智地管理地球。这可以被认为是环境科学的一部绪论性质的著作。不过这个时期有关环境问题的著作,大部分是研究污染或公害问题的。70年代下半期,人们认识到环境问题不再仅仅是排放污染物所引起的人类健康问题,而且包括自然保护和生态平衡,以及维持人类生存发展的资源问题。
在控制环境污染技术方面,大体上经历了三个时期。60年代中期,当时面临着严重的环境污染,许多国家的政府颁布一系列政策、法令,采取政治的和经济的手段,主要搞污染治理。60年代末期开始进入防治结合、以防为主的综合防治阶段。美国于1970年开始实行环境影响评价制度。70年代中期,强调环境管理,强调全面规划、合理布局和资源的综合利用。随着人们对环境和环境问题的研究和探讨,以及利用和控制技术的发展,环境科学迅速发展起来。
环境科学的现状和展望 环境科学从提出到现在,只不过二、三十年的历史。然而,这门新兴科学发展异常迅速。许多学者认为,环境科学的出现,是60年代以来自然科学迅猛发展的一个重要标志。这表现在两个方面:
① 推动了自然科学各个学科的发展。自然科学是研究自然现象及其变化规律的,各个学科从不同的角度,比如从物理学的、化学的、生物学的各个方面去探索自然界的发展规律,认识自然。各种自然现象的变化,除了自然界本身的因素外,人类活动对自然界的影响也越来越大。20世纪以来科学技术日新月异,人类改造自然的能力大大增强,自然界对人类的反作用也日益显示出来。环境问题的出现,使自然科学的许多学科把人类活动产生的影响作为一个重要研究内容,从而给这些学科开拓出新的研究领域,推动了它们的发展,同时也促进了学科之间的相互渗透。
② 推动了科学整体化研究。环境是一个完整的有机的系统,是一个整体。过去,各门自然科学,比如物理学、化学、生物学、地理学等都是从本学科角度探讨自然环境中各种现象的。然而自然界的各种变化,都不是孤立的,而是物理、生物、化学等多种因素综合的变化。各个环境要素,如大气、水、生物、土壤和岩石同光、热、声等因素也互相依存,互相影响,又是互相联系的。比如臭氧层的破坏,大气中二氧化碳含量增高引起气候异常,土壤中含氮量不足等等,这些问题表面看来原因各异,但都是互相关联的。因为全球性的碳、氧、氮、硫等物质的生物地球化学循环之间有着许多联系。人类的活动,诸如资源开发等都会对环境发生影响。因此,在研究和解决环境问题时,必须全面考虑,实行跨部门、跨学科的合作。环境科学就是在科学整体化过程中,以生态学和地球化学的理论和方法作为主要依据,充分运用化学、生物学、地学、物理学、数学、医学、工程学以及社会学、经济学、法学、管理学等各种学科的知识,对人类活动引起的环境变化、对人类的影响,及其控制途径进行系统的综合研究。