探知无界-气候变化的危机与应对 北大名师讲科普系列 戴瀚程

《探知无界·气候变化的危机与应对》为“北大名师讲科普系列”中的一本，“北大名师讲科普系列”缘起于“亚洲青少年交流计划”的科普课程，该系列课程借助北京大学附属中学开设的大中贯通课程得到进一步完善，最后浓缩为这套散发着油墨清香的科普丛书，并顺利入选北京市科学技术协会2024年科普创作出版资金资助项目。这套科普丛书汇聚了北京大学多个院系老师们的心血。通过阅读本套科普丛书，青少年读者可以探索机器人的奥秘、环境气候的变迁原因、显微镜的奇妙、人与自然的和谐共生之道，领略火山的壮观、宇宙的浩瀚、生命中的化学反应，等等。同时，这套科普丛书还融入了人文艺术的元素，使读者们有机会感受不同国家文化与艺术的魅力、云冈石窟的壮丽之美，从心理学角度探索青少年期这一充满挑战和无限希望的特殊阶段。

丛书简介：
在中国的支持下，北京大学与国内外多所中学联合启动的“亚洲青少年交流计划”自2021年开始，接收来自国际高中学生共同参与线上课堂，相互学习、共同探讨。此项计划不仅凝聚了教育、科技界的智慧和资源，而且着眼于拔尖创新人才的培养，是一次大学与中学深度融合、共同育人的创新尝试，致力于在真实的科研课题学习与实践中，为中学生打造一个全方位、跨学科的学习体验。
北京大学的教授团队亲自设计并讲授的课程，不仅旨在巩固中学生的学科知识，更重要的是引导中学生培养跨学科思维和科学家精神，激发对科技前沿的热爱，并在科学探索的旅途中播下探究与创新的种子。
这些课程内容经过北大教授的严格审定，依托“北大A计划”青少年拔尖创新人才选拔与培养机制，再由北大附中的教师团队根据中学生的学习特点进行了适度的调整与拓展，包括增加了延伸阅读和实践活动，最终获得的正式批准出版。本丛书暂定为“北大名师讲科普系列”。

本册内容简介：
人类社会与自然系统密不可分。然而，工业革命以来，随着社会经济的快速发展，全球气温持续攀升，进而导致海平面逐年上升。这一连串的变化不仅威胁着地球的健康，还对人类赖以生存的粮食生产、能源供应、水资源安全以及基础设施造成了前所未有的冲击。《探知无界·气候变化的危机与应对》一书将为读者揭开气候变化的神秘面纱，深入探究“温室气体”这一导致气候变化的主要因素。同时，也探讨我们应当采取何种行动以应对气候变化，实现可持续发展。

戴瀚程
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丛书主编：
方方，哲学博士，教授，博士生导师。北京大学心理与认知科学学院教授。长江学者特聘教授，国家杰出青年科学基金获得者，北京大学博雅特聘教授。现任北京大学党委常委、副校长，兼任党委教师工作部部长、人事部部长、师资人才办公室主任等。曾任北京大学心理学系系主任，心理与认知科学学院院长等。
马玉国，教授，博士生导师。现任北京大学附属中学党委副书记、校长；北京大学分析测试中心主任，北京大学软物质科学与工程中心副主任。北京大学化学与分子工程学院教授，中国科协第九次代表大会代表，中国化学会理事。

本册主编：
戴瀚程，北京大学环境科学与工程学院研究员，环境管理系系主任，博士生导师。

导　语  / 1
第一讲 | 气候变化的奥秘与深远影响 / 3
一、气候问题的提出 / 7
二、气候变化的指标和评估 / 22
三、气候变化带来的影响 / 32
第二讲 | 温室效应之源与全球责任?/ 49
一、地球上温度的变化 / 53
二、温室效应 / 59
三、温室气体的来源? / 69
第三讲 |应对气候变化的策略与机遇/ 79
一、碳中和的目标 / 83
二、碳中和的全球行动/ 90
三、实现碳中和的方法 / 98
四、碳中和对未来发展的意义/ 101
五、碳中和中蕴藏的机遇 / 111

总　序
龚旗煌
（北京大学校长，北京市科协副主席，中国科学院院士）
科学普及（以下简称“科普”）是实现创新发展的重要基础性工作。党的十八大以来，习近平总书记高度重视科普工作，多次在不同场合强调“要广泛开展科学普及活动，形成热爱科学、崇尚科学的社会氛围，提高全民族科学素质”“要把科学普及放在与科技创新同等重要的位置”，这些重要论述为我们做好新时代科普工作指明了前进方向、提供了根本遵循。当前，我们正在以中国式现代化全面推进强国建设、民族复兴伟业，更需要加强科普工作，为建设世界科技强国筑牢基础。
做好科普工作需要全社会的共同努力，特别是高校和科研机构教学资源丰富、科研设施完善，是开展科普工作的主力军。作为国内一流的高水平研究型大学，北京大学在开展科普工作方面具有得天独厚的条件和优势。一是学科种类齐全，北京大学拥有哲学、法学、政治学、数学、物理学、化学、生物学等多个国家重点学科和世界一流学科。二是研究领域全面，学校的教学和研究涵盖了从基础科学到应用科学，从人文社会科学到自然科学、工程技术的广泛领域，形成了综合性、多元化的布局。三是科研实力雄厚，学校拥有一批高水平的科研机构和创新平台，包括国家重点实验室、国家工程研究中心等，为师生提供了广阔的科研空间和丰富的实践机会。 
多年来，北京大学搭建了多项科普体验平台，定期面向公众开展科普教育活动，引导全民“学科学、爱科学、用科学”，在提高公众科学文化素质等方面做出了重要贡献。2021 年秋季学期，在支持下北京大学启动了“亚洲青少年交流计划”项目，来自中日两国的中学生共同参与线上课堂，相互学习、共同探讨。项目开展期间，两国中学生跟随北大教授们学习有关机器人技术、地球科学、气候变化、分子医学、化学、自然保护、考古学、天文学、心理学及东西方艺术等方面的知识与技能，探索相关学科前沿的研究课题，培养了学生跨学科思维与科学家精神，激发学生对科学研究的兴趣与热情。
“北大名师讲科普系列”缘起于“亚洲青少年交流计划”的科普课程，该系列课程借助北京大学附属中学开设的大中贯通课程得到进一步完善，最后浓缩为这套散发着油墨清香的科普丛书，并顺利入选北京市科学技术协会 2024 年科普创作出版资金资助项目。这套科普丛书汇聚了北京大学多个院系老师们的心血。通过阅读本套科普丛书，青少年读者可以探索机器人的奥秘、环境气候的变迁原因、显微镜的奇妙、人与自然的和谐共生之道，领略火山的壮观、宇宙的浩瀚、生命中的化学反应，等等。同时，这套科普丛书还融入了人文艺术的元素，使读者们有机会感受不同国家文化与艺术的魅力、云冈石窟的壮丽之美，从心理学角度探索青少年期这一充满挑战和无限希望的特殊阶段。
这套科普丛书也是我们加强科普与科研结合，助力加快形成全社会共同参与的大科普格局的一次尝试。我们希望这套科普丛书能为青少年读者提供一个“预见未来”的机会，增强他们对科普内容的热情与兴趣，增进其对科学工作的向往，点燃他们当科学家的梦想，让更多的优秀人才竞相涌现，进一步夯实加快实现高水平科技自立自强的根基。

同学们听说过“气候变化”这个词吗？气候变化给我们带来了哪些气候灾害？气候变化包括哪些具体现象？大家可以思考一下。

现在，让我们从一个根本的问题开始——人类社会的生产和生活与周围的自然系统是密不可分的。长久以来，不论是我们种植的粮食、赖以生存的林地，还是养殖业中的牲畜及其产品，甚至是工厂运行所需要的能源以及日常使用的交通工具，总而言之，也就是人类的衣食住行，都与自然系统密不可分。

我们从自然系统中获取各种能源和原材料，同时，通过人类社会的生产、消费活动，以及由此产生的“三废”等废弃物给环境带来了污染，这些废弃物最终排放到自然系统中被消解。

【知识链接】

“三废”是指人类从事生产活动和消费活动所产生的废弃物，包括废水、废气和固体废弃物。

废水是指那些在生产、生活过程中被污染并失去原有使用价值的水体。它可能源自工厂的排污管道，也可能来自我们日常洗涤后的下水道。废水中往往含有各种有害物质，如重金属、化学物质、微生物等。若废水未经处理直接排放至自然水体，将严重污染水质，威胁水生生物的生存，并且影响人类自身的饮用水安全。因此，对废水进行科学的处理与回收利用，是保护水资源、维护环境健康的重要举措。

废气是指工业生产、交通运输、燃料燃烧等过程中排放到大气中的有害气体和颗粒物。废气中含有多种污染物，其物理和化学性质非常复杂，毒性也不尽相同。燃料燃烧排出的废气中含有二氧化硫、氮氧化物、碳氢化合物等；工业生产则因原料种类及工艺流程的差异，排放出含有重金属、盐类、放射性物质的多种有害气体；汽车排放的尾气中含有铅、苯和酚等碳氢化合物。废气对大气环境的污染已成为全球范围内最普遍、最严重的环境问题之一。

固体废弃物是指在生产、生活和其他活动中产生的丧失原有利用价值或虽未丧失利用价值但被抛弃的固态或半固态物质。它们可能来源于家庭生活、农业生产、工业生产等多个领域。固体废弃物主要包括固体颗粒、垃圾、炉渣、污泥、废弃制品、破损器皿、残次品、动物尸体、变质食品、人畜粪便等。有些国家把废酸、废碱、废油、废有机溶剂等高浓度的液体也归为固体废弃物。固体废弃物处理不当，不仅会占用大量土地资源，还可能通过渗滤、风扬等方式污染土壤、水体和大气。因此，实行垃圾分类、推广资源回收、发展循环经济是减少固体废弃物污染、促进可持续发展的有效途径。

在人类还没有达到现在这样的发展水平时，资源的获取、能源的利用以及所产生的排放并未构成显著问题，自然系统可以净化这些影响，维持生态平衡。然而，人类的发展和大规模的资源开采与排放，对自然系统产生了一系列不可忽视的影响。自然系统无法一直提供如此庞大的资源和能源，也无法及时清洁和消除这些负面影响。