科羅拉多州萊德維爾一處礦渣堆流出的污染徑流。（c David Hiser / Getty Images ）
密蘇里州泰晤士灘（Times Beach），一度是聖路易斯西南梅勒梅克河沿岸一個擁擠的工人階級社區。但現在人去樓空，空蕩蕩的房舍、店舖、棄置的汽車和生銹的電冰箱無聲地佇立著。「歡迎光顧」——自動洗衣店的廣告牌向不存在的顧客說。野花開放在雜草叢生的草坪上，蒼蠅嗡嗡叫，樹上的松鼠互相追逐，偶爾還有郊狼在大街上遊蕩。如果這裡允許參觀，觀光客可能認為他們看到的是好萊塢一處神秘的場景。其實，這個「鬼城」是危險廢物污染一個社區後造成的景象。
麻煩始自1971年夏天，那時泰晤士灘僱傭了一個人，在該市鎮長達16千米骯髒的公路上噴灑油料用來防塵。不幸的是，他所用的是該州南部一家市鎮化工廠的廢油和其他廢物，他在當年和翌年夏天把這些廢物的混合物灑遍全城，這是被二噁英（dioxin）污染的幾萬升紫色污泥，是人類製造出來的毒性最強的物質之一。
接觸二噁英的後果幾乎立即在兩個賽馬場上顯示出來。幾天內，數百隻小鳥和小動物死亡、小貓死產、許多馬匹染病死亡。接著，居民開始報告各種症狀，包括流產、癲癇、肝損傷和腎癌。直到1982年，美國國家環境保護局（Environmental Protection Agency，EPA）才對該化工廠儲存的廢物中高水平的二噁英發出警告，並對泰晤士灘進行了徹底調查。他們發現有些土壤樣品中二噁英化合物TCDD１ 水平高達300×10-9 ；而1×10-9 被認為是最大安全濃度。環境保護局購買了該市的所有地產，下令居民撤離（圖12.1）。
圖 12.1 密蘇里州泰晤士灘。大多數公路地圖不再標示這個前社區的位置。（Joe Sohm / Image Works ）
此處選取泰晤士灘的故事是用以表明，這只是人們如何影響他們賴以生存的水、空氣和土壤質量的許多方式之一。
陸地和洋盆的特徵、氣像要素和氣候特徵、植物和動物區系等構成了被稱為「環境」的複雜馬賽克體的眾多模塊，也就是說，環境就是以各種方式影響生物的眾多事物的總體。動植物、地貌、土壤和養分、氣象和氣候都是生物體的環境。研究生物間相互影響以及生物與環境相互影響的學科稱為生態學 （ecology）。生態學對瞭解環境問題至關重要，環境問題通常是由於人類對構成我們的世界的自然系統的干擾而產生的。人類生存在自然環境中，並通過個人或集體的行動改變了自然環境。人們砍伐森林、耕墾草原、修築水壩、建造城市，然後自然環境被改造成文化環境，改造著、改變著或破壞著人類影響出現以前就已經存在的自然平衡。本章所討論的是關於人類與被其極大改變了的自然環境之間的相互作用。
自農業社會開始以來，人類就改變著地球的面貌，改變著自然界精巧的平衡和相互作用，這個過程增強了或危害了人們所建立的社會和經濟。自然平衡的本質和人類改變它的方式不僅是本章的主題，也是我們這個時代社會所關切的國內和國際主要事務。我們將會看到，我們所消費的燃料、所使用的原料、所創造的產品、所拋棄的廢物都是對生物圈 （biosphere）有害的改變。生物圈就是我們生活在其中由空氣、水和土壤組成的薄薄的圈層。
12.1 生態系統
生物圈由3個相互聯繫的部分組成：
（1）對流層，地球大氣層的最下層，從地面向上延伸大約9.5—11.25千米；
（2）水圈 （hydrosphere），包括海洋、河流、湖泊、冰川表層和亞表層的水體或地下水——其中大部分封閉在冰川或地球內部，不能被直接利用；
（3）地殼最上層，最多幾千米，包括支持植物的土壤和動植物賴以生存的礦物質，以及人類開採的化石燃料和礦石。
生物圈是一個錯綜複雜、相互聯結的系統，容納著生命所需的一切。所有這一切都被生物所利用，而且有可能永遠被利用。生物圈的成分必須不間斷地在自然界循環和再生。植物使空氣淨化、空氣幫助水淨化，而水和礦物又被動植物利用並回歸自然,而後被再利用。
因此，生物圈是由兩個相互交織的成分組成的：１無生命的外部能源——太陽——和必需的化學物質；２有生命的動植物界。生物圈又可以細分為具體的生態系統 （ecosystem），即某地區由所有生物（動植物）和自然要素（空氣、水、土壤和化學物質）共同組成的自給單位。對一切生態系統而言，最重要的原則是一切事物都是相互聯繫的。對自然平衡的任何侵擾或阻斷，都必然導致系統出現不良的反應。每種生物都佔據生態系統中一處特殊的生態位 （ecological niche）或地方。在能量交換系統中，每種生物都起一定的作用，生物個體的存活是因為在這個環境中有其他生物的生存。問題不在於對生態位的認識，而在於預測系統的因果鏈以及某個生態位佔有者受干擾後的調整。
生命依賴於流過生態系統的能量和養分。能量和物質從一種生物向另一種生物轉移是食物鏈 （food chain）中的一環。食物鏈就是一個生物序列，如綠色植物—草食動物—肉食動物，能量和物質通過這個序列在生態系統中移動（圖12.2）。大多數食物鏈有3—4個環節，雖然有些食物鏈只有2個環節——例如人類吃米飯。由於自然界中生態系統處於相互協調運行的連續循環之中，因此食物鏈無始無終。這裡只有養分轉移的不同階段，各階段食物鏈中每個較低水平的環節將其所含能量的一部分轉移到下一個較高級的消費者中。
圖 12.2 生態系統中食物的供應是一個「誰吃什麼」的級序——創造食物鏈的級序。在這個簡化的實例中，綠色植物是生產者（自養生物），利用養分和太陽能製造自己的食物。食草的野兔（初級消費者）直接以植物為食，而食肉的狐狸（第二級消費者）以野兔為食。食物鏈是複雜的食物網中的一條線，食物網就是存在於生態系統中的所有攝食關係。例如，老鼠可能以圖中的植物為食，而老鼠又被該食物網中另一條食物鏈中的鷹捕食。
圖12.2中的分解者 （decomposer）在維持食物鏈和生命循環中至關重要。它們使有機質——動物屍體與糞便、死亡的植物、廢紙等——分解。分解過程中，物質的化學性質發生改變，其中所含養分變成有效態供動植物再利用。養分，即生物生長所需的礦物質和其他元素，永遠不會被消滅；它們會從生物體移向非生物體，再回到生物體。我們軀體中所含養分曾經是其他生物的一部分，也許是一隻野兔、一隻鷹或一棵橡樹。
生態系統中無論有沒有人，都處於永恆的變化之中，但是人類對它的影響超過其他任何一個物種。起初人類對生態系統的影響很小，那時人口規模小，能耗與技術水平低。但是這種影響增長得非常迅速而且無處不在，以至於現在我們看到的是公認的各色生態危機。本章後面還要討論人類對自然環境影響的一些問題。
12.2 對水的影響
水的供應是持續的。通過生物圈不斷循環水的系統叫作水循環 （hydrologic cycle）（圖12.3）。在水循環中，水的形式可能發生改變，但在自然環境中，水在再循環中被淨化，因其適合於地球生態系統的性質而被再利用。蒸發、蒸騰（水蒸氣從植物中散發出來）和降水是重新分配水分的機制。水蒸氣在雲中匯聚、凝結，然後再降落到地面，在地面上再蒸發、再蒸騰，以降水的形式再次降落。
圖 12.3 水循環。太陽提供的能量使淡水和海水蒸發。空氣中的水分達到飽和以前，水保持水蒸氣的形態。大氣層水分以固態或液態降水的形式回到地面，從而完成水循環。由於降水分佈不均，水分不一定以同樣的數量回到其蒸發的地區。大陸得到的水多於其損失。多餘部分以地表水或地下水的形式回歸海洋。但是，全球總是維持著水分平衡。
人類對水的依賴使我們早就開始努力控制水的供應。這種實踐業已改變了江河的水量和水質。
水的可利用性
就全球範圍而言，淡水資源很豐富。每年雨雪降落到各大陸的水分以830毫米厚的水層覆蓋於陸地表面。每年從水循環中再生的淡水通常被認為足以滿足現在世界人口5—10倍的需要。
然而，世界上許多地方水供應不足，而且水資源日趨減少。問題不在於全球的總水量，而在於它的分配（一個地區得到的平均降水量）和可靠性（降水的逐年變化）。區域水分充足的程度是用水人口規模以及人口對資源需求的函數。就全世界而論，灌溉農業用水占淡水使用量的70%，在最貧窮的國家裡占90%（圖12.4）。工業用水約占1/4（23%），其餘為家庭與城市用水（飲用、洗浴和澆灌草坪等）。1950年以來，人類從河湖和地下含水層中提取的淡水增加了2倍以上（含水層就是地表以下水分飽和的砂礫層，它所含的水叫地下水，不同於河水和湖水之類的地表水）。
圖 12.4 澳大利亞西部阿蓋爾湖（Argyle）灌溉工程。1950年以來，該工程每年增加灌溉面積五六萬平方千米。目前灌溉農業以其17%的耕地面積生產全世界40%的糧食。通常輸送和灌溉到農田中的水量比農作物的實際需要多得多，浪費了大量的緊缺水資源。「滴灌」就是通過鋪設在田間的有小孔的水管把水分直接遞送到植物根部，這是一種減少用水量的方法。（Robert Frerck / Odyssey Productions ）
「短缺」是部分發達國家和發展中國家經常用以描述用水供應的詞彙（圖12.5）。灌溉用水不足週期性地危及農作物，並預示饑饉；常年性河流變成了間歇性河流；湖泊縮小；來自全世界的報道稱地下水位急劇下降，水井乾涸。據世界銀行報道，威脅著糧食生產、經濟發展、醫療衛生和環境保護的慢性缺水正折磨著80個國家。北非和中東10國正處於缺水的境地：這些國家所消耗的水量超過每年可更新的水量供應，抽取地下水的速度通常高於降雨給地下水的補給。
圖 12.5 人均可更新淡水的可利用性。可更新水資源是指從河流、湖泊和地下含水層中得到的水。雖然美國有著數量巨大的淡水，但其使用量也是巨大的。用水量隨人口的增長、生活標準的提高、灌溉農業的擴展，以及隨之發展而來的工業與城市用水需求的增大而上升。世界上越來越多的地區水資源短缺，抑制了可持續發展，需要抉擇是否對互相競爭的用戶之間進行硬性分配。（編註：1立方英尺約等於0.0283立方米。）
資料來源：Student Atlas of World Geography, 3 / e, John Allen, Map 50, p. 63. McGraw-Hill / Dushkin, 2003.
全國性數據可能掩蓋地方缺水問題。許多國家的主要產糧區過分抽取地下水，含水層的耗竭導致嚴重缺水及供水限制。
中國北方，水澆地和城市與工業增長對水資源的消耗十分巨大，以至於多數年份裡黃河下游水流在進入黃海前就已經乾涸。中國100多座大城市（多在北方）已經嚴重缺水。中國北方大部分地區地下水位每年下降1—2米。
世界人口第二大國——印度——抽取地下水的速率是再生速率的兩倍。在一些地區，包括該國的「麵包籃子」哈里亞納邦和旁遮普邦，用水過多造成了地下水位下降和水井乾涸。
乍得湖因氣候乾旱和從入流河抽水灌溉，面積嚴重縮小。該湖曾經是非洲第二大湖，1965年面積為2.5萬平方千米，到2005年只有1500平方千米。
墨西哥最大的淡水水體查帕拉湖（Lake Chapala），自20世紀70年代以來已經損失了其入流水量的80%。該湖主要由萊爾馬河（Rio Lerma）補給，但該河全部流量幾乎都被引作灌溉和工業用水。墨西哥城地下水抽取的速度比其天然補給快40%，城市對此的反應是在20世紀內沉陷了9米。
美國也是這樣，亞利桑那、新墨西哥、加利福尼亞和內華達等州的部分地區，地下水消耗的速度超過其更新速度。美國西南各州對重要地表水源科羅拉多河的依賴如此巨大，以至於該河（在墨西哥灣）入海時只剩下涓涓細流。灌渠和溝渠「吸吮」了河水，供西部7州和墨西哥北部使用。許多西部城市，包括丹佛和聖菲，為限制用水已經採取各種強制性措施。
奧加拉拉（Ogallala）含水層是美國最大的地下水儲存庫，為美國25%的水澆地提供灌溉用水，目前其消耗速率是補充速率的3倍（圖12.6）。該含水層從南達科他州延伸到得克薩斯州西部，支持著美國近半數的養牛業、1/4的棉田，以及大量玉米和小麥的種植。目前有15萬口井打入該含水層中，提水供灌溉、工業和家庭使用。
圖 12.6 美國最大的地下水源，巨大的奧加拉拉含水層提供了全國灌溉用水量的1/4左右。該含水層南部水分消耗最為嚴重。那裡，奧加拉拉從降雨中得到的補給寥寥無幾。得克薩斯州的情況最令人擔心，該州人口預期從2000年的2100萬到2050年增加一倍。從1950年以來，該含水層容量已經減少了約1/3。
據聯合國估計，到2015年全世界將有30億人——預期世界人口的40%——生活在水資源不足的國家中，很難或根本不可能得到足夠的水以滿足其基本需要。這種必需資源的絕對短缺使開發商和環境主義者之間發生爭執，各種用戶——農業、工業和城市用戶相互競爭。拉斯維加斯，這個美國發展最迅速的大都市，從科羅拉多河上的「水庫」米德湖（Lake Mead）抽水以滿足其對水的需求，但是目前該市實質上已經用光了它的份額。預期下一個10年內該地區人口將近倍增，南內華達州水務局不顧擔憂土地會乾涸的牧場主的反對，打算從附近農業縣開發河水和地下水。在兩三個國家分享一條河流的地方，關係更加緊張。例如，墨西哥對美國在科羅拉多河到達其國境之前用光河水感到憤怒；土耳其通過築壩和灌溉農田，截取了底格里斯河和幼發拉底河河水，減少了下游敘利亞和伊拉克的用水量。
由於海洋含有看似無窮無盡的水，有人指望通過脫鹽２ （去除海水中的鹽分和礦物質）作為解決水資源短缺的技術手段。然而，由於這種過程在經濟上效益不高，所以它只能滿足人類一小部分的需求。如果將來其成本降到足夠低，脫鹽也只能增加一些生活用水的供應，但未必能便宜到供應農業用水。
河流整治
為了防止氾濫、控制農業與城市聚落供水，或者為了發電，人們千百年來用攔河築壩、開鑿運河、建造水庫等方法整治河流。雖然人們一般都能達到他們的目的，但是這些構築物也會帶來未曾料到的後果，如第5章所述。這些後果包括下游泥沙量減少，農作物與魚類所需的養分減少，土壤的含鹽量增加，以及地面沉陷等（見「災難『藍圖』：河流改道與鹹海」專欄）。
專欄 12-1 災難「藍圖」：河流改道與鹹海
1960年，鹹海還是世界上第四大內陸海，面積為6.45萬平方千米，比西弗吉尼亞州還要大。現在鹹海面積已經縮小到原來的一半以下，水量也只有原來的1/4。海平面下降了18米，而且一分為二：北鹹海和南鹹海。
這個內陸海的縮小，只是將其原有水源——阿姆河和錫爾河——幾乎全部改道，使河水用以灌溉中亞農田的結果之一。其他後果還有：
隨著水量減少，幾千平方千米海床上留下污染廢物。原來入流的河流被農田徑流和未經處理的高含量化肥、農藥、重金屬和其他有毒化合物污染。目前南鹹海被看作死海。由於不能生存在高鹽、有毒的海水之中，20種已知魚類全部死亡，商業性捕魚業全面崩潰。過去一度是漁港和大眾海灘的莫伊諾克（Mo'ynoq）現在距海100千米。過去曾是北岸主要港口的阿拉爾斯克（Aralsk）現在距海80千米。
猛烈的風暴從乾涸的海床和鄰近陸地上揚起含鹽的粗砂和有毒化學品，沉降到幾百千米以外的農田里，損害土壤的肥力。諷刺的是，讓鹹海為之做出犧牲的農作物——主要是棉花和水稻——本身也處於危險之中。
當地野生動物賴以生存的森林和濕地驟減。據估算，該流域3/4的野生物種已經消失。
受污染的水、土壤和空氣威脅著當地人的健康。像霍亂、斑疹傷寒、胃癌和食道癌等嚴重疾病以及呼吸道疾病（哮喘和支氣管炎）的發病率明顯增加。流產率與出生缺陷率普遍增高，嬰幼兒死亡率居世界首位。
為了拯救鹹海，世界銀行和哈薩克斯坦政府為錫爾河築壩與修堤提供貸款。到2006年，鹹海水位從海拔30米以下上升到38米，海面擴大了30%左右。若干年內，當海水恢復原有水位時，政府官員準備放養幾百萬尾鱘魚、鯉魚和其他鹹海本土魚類。或許將來終有一天可以改變這個「世界最大的人造環境災難」。
渠道化 （channelization）是對河流整治的另一種方法，即修堤築壩、裁彎取直、加寬挖深，以此控制洪水或改善航運。從全球看，有50萬千米以上的河流經過疏浚和渠道化。世界上許多大河，包括密西西比河、尼羅河和黃河，已經建成河堤系統。這些河堤系統像水壩一樣，可能產生不可預見的後果。河堤減少了自然蓄洪，加重了下游的洪峰，而且會造成過度的侵蝕。
直至1960年，佛羅里達州基西米（Kissimmee）河蜿蜒曲折流淌於基西米湖和奧基喬比（Okeechobee）湖之間的氾濫平原上（圖12.7）。這裡的生境供養著幾百種鳥類、爬行類、哺乳類動物和魚類。應開發商、牧場主和農民的要求——他們打算移居到這片濕地上，但受到河流氾濫傾向的煩擾——美國陸軍工程兵團挖深河道，把166千米的曲流河裁直，變為只有90千米長的土質水渠。1971年水渠竣工，濕地消失，外來植物種入侵，魚類大幅減少，90%的水禽（包括若干瀕危種）消失。
圖 12.7 佛羅里達州基西米河。工程兵團裁直河道之前（〔a〕）和之後（〔b〕）。河流過去供養成千種魚類、水禽和林鸛、雪鷺以及大藍鷺等涉禽。渠道化造成奧基喬比湖和大沼澤的退化。美國聯邦政府和佛羅里達州政府不得不啟動一項長期工程，把基西米河恢復為曲流河道。
資料來源：Courtesy of South Florida Water Management District .
渠道化和築壩是人類經過深思熟慮後為整治河流格局所做的努力。但是，人類另外幾種活動也對河流水文產生重大影響。例如城市化產生了重大的水文影響，包括降低地下水位、污染、增強洪水徑流。同樣的，去除森林覆蓋使徑流量增加、促進洪峰突發、降低地下水位和加速侵蝕。
儘管如此，人類對水的負面影響主要是在水質方面。人們抽取河水、湖水和地下水用於飲食、洗浴、農業、工業和許多其他目的。儘管所提取的水又回歸水循環，但其並不總能保持被提取時的狀態。水和生態系統其他部分一樣，也常常面臨嚴重的污染問題。
水質
因人類造成的環境污染 （environmental pollution），其廣義的定義是進入生物圈的廢物，由於其體積、組成或二者兼有，而不能被自然過程迅速分解的過程。對水而言，污染的核心概念是由於一種或多種物質存在於水體中，使水的組成發生改變，達到不能用於某種目的或降低了其自然狀態下的適用性的程度。水污染是指排放到水中的物質造成水的化學性質或物理性質發生不利的改變，或者造成生活在其中的生物在數量和質量上發生不利的改變。污染是一個相對的詞語，不適於飲用的水可能完全滿足灑掃街道的要求，對魚類污染嚴重的水可能為某些水生植物提供可生存的環境。
人類活動不是造成水污染的唯一原因。落葉腐爛、動物糞便、油苗滲出等自然現象也可能影響水質，但是，有些自然過程能夠處理這種污染。水中生物能夠降解、吸收和分散此類物質，使之降低到自然水平。天然污染物超過受納水體淨化能力的情況比較少見。目前的情況是人類排放污染物的數量常常超過某個水體的自淨能力。此外，人類還引進各種污染物，如金屬和其他無機物。天然生物需要很長時間才能將其破壞或根本不能破壞。
只要地球上存在人類，就會有污染。因此，問題就不是消滅污染，而是要控制它。這種控制生死攸關。水媒病原體和污染每年導致幾百萬人死亡（大多為兒童）。人們死於痢疾和與水有關的疾病，如霍亂和傷寒。
水污染的四大「元兇」是農業、工業、礦業和城市住宅區，將其分為點源污染 （point source of pollution）與非點源污染 （nonpoint source of pollution）是有用的。正如其名稱本身所表示的那樣，點源是在特定地點進入環境的，如污水處理設施或工業排放管道。非點源較分散，因而也更難控制，例如來自農田徑流和在道路上撒化冰鹽。
農業水污染源
就全世界而言，農業對水污染的「貢獻」可能比其他任何單項活動都大。在美國，據估計農業占造成河流污染原因的2/3。農業徑流攜帶3種主要污染物：化肥、生物殺滅劑和動物糞便。
化肥
農業是造成水體過度營養的主要原因。當所施用化肥以及動物糞肥中的氮和磷排入江河，最後積聚在池沼、湖泊和河口灣時，就會出現污染。養分加速了富營養化 （eutrophication），即水體中養分富集的過程。當周圍地區的營養物質被沖刷進水中時，也會自然地出現富營養化，但是，當物質來源是商業肥料之類人為的富集營養物時，水體就可能負荷過重的營養物。藻類和其他植物受刺激而大量生長，阻斷其他生物生長所需要的陽光。當這些藻類等生物死亡分解後會使水中溶解氧水平下降，進而使不能忍受缺氧狀態的魚類和植物窒息死亡。
據估計，在世界範圍內，北美、歐洲和東南亞有50%、南美有40%、非洲有28%的湖泊和水庫受到這種加速富營養化的影響。富營養湖泊的症狀是雜草瘋長、藻類繁茂、魚類死亡、湖底沉積物迅速堆積、水體腐臭。
雖然污水處理廠、暴雨徑流和空氣污染也提供刺激藻類生長的氮和磷，但是高營養水平的農業徑流才是世界上超過30個「死亡帶」形成的原因。「死亡帶」是嚴重缺氧、魚蟹等水生動物無法存活的地區。世界上最大的死亡帶在波羅的海、黑海和路易斯安那州沿岸的墨西哥灣北部海域（圖12.8）。這些地帶的大小逐年不同，夏季隨著水溫增高和太陽輻射增強而達到峰值，形成藻華。
圖 12.8 2001年墨西哥灣中的「死亡帶」覆蓋了大約2.3萬平方千米，相當於馬薩諸塞州的面積。人們認為來自農業徑流的營養物質是造成該海域缺氧的關鍵因素。營養物質為夏季興盛的藻類種群供給營養。藻類死亡後沉入墨西哥灣海底，分解並耗盡海床附近的氧氣，剩餘的少量氧氣難以支撐生命。
生物殺滅劑
農業上使用的除草劑和殺蟲劑 （pesticide）是水體化學污染的另一來源。施用過生物殺滅劑的農田徑流污染著地下水和地表水。與生物殺滅劑使用相關聯的問題之一，是人們對這種用法的長期效應並不總能立即瞭解到。例如，人們使用DDT多年之後，才發現它對鳥類、魚類和水生植物的影響。另一問題是，現在廣泛使用的成千種此類產品，包含600多種活性成分，但只有很少幾種經環境保護局做過安全檢查。最後，在這些化學品不再被使用後，即使過了很長時間，被淋洗到地下含水層中的生物殺滅劑可能仍然停留在那裡。雖然美國自20世紀60年代後期起禁止使用DDT，但迄今水體中仍然檢測到它的存在。
動物糞便
最後一種農業上的化學污染源是動物糞便，在集約飼養動物的國家尤其如此。問題存在於兩方面：其一是在飼養場，牲口在屠宰前被高度密集育肥；其二是在工廠式的農場裡，牛肉、豬肉和家禽產品日益集中生產（圖12.9）。美國的農場和大型飼養場產出大量糞肥——每天近30億噸，但通常沒有污水處理設施。處理方法主要是將糞肥排放到防滲漏水池內，隨後噴灑到周圍田地上，糞肥可能從那裡被淋濾到地下水和河流中。
圖 12.9 俄亥俄州一處工業化養豬場的運作。（a）照片中的工業化養豬場中，幾千頭豬在長方形大型畜棚中被餵養四五個月，長到120千克。（b）豬糞尿通過地面水槽被沖洗到管道和溝渠中，進入室外坑塘中。這些廢物攜帶病原體和來自動物飼料的多餘營養物質，特別是高濃度的氮和磷，污染附近的土壤和水。（〔a 〕c Larry Lefever / Grant Heilman Photography, Inc. 〔b 〕c Keith Myers / The New York Times ）
有人懷疑因噴灑糞肥造成的水污染是切薩皮克灣微生物噬魚費氏藻（Pfiesteria piscicida ）爆發的原因。這些單細胞藻類在糞肥高水平氮磷環境中高速增殖並變得有毒。糞肥來自馬里蘭州、弗吉尼亞州和北卡羅來納州大型家禽養殖場和養豬場。有害費氏藻已經毒死成百萬尾魚，還有證據顯示這種微生物可使人類致病。
其他水污染源
如上文所述，農業只是人類活動造成水污染的原因之一。其他污染源是工業、礦業、城市居民區。
工業
在發達國家，工業對水污染的「貢獻」可能與農業一樣大。許多工業把有機和無機污染物排放到水體中。這些污染物可能是酸，也可能是汞和砷之類的劇毒金屬，或是煉油工業產生的有毒有機化學品。核電工業的放射性廢料從海底或地下埋藏罐中滲出時也造成某種水污染。
這些污染可能具有多方面的效應。不適於生活在污染水體中的生物可能死亡；受污染的水可能變得不宜用於家居或灌溉；廢物可能進入食物鏈，對人類有毒害作用。在國際上成為工業污染威脅的焦點、最聲名狼藉的污染案例之一，是40年前出現在日本西南部水俁村的事件。一家使用氯化汞的化工廠在加工過程中把廢汞排放到水俁灣，氯化汞沉積到淤泥中。汞被以淤泥中的生物為食的魚吸收，並在魚體內富集。然後，魚類又被人攝食。這一事件的死亡人數超過700，另有至少9000人致畸或其他永久性殘疾。
美國也存在汞污染。環境保護局報告稱，事實上全國所有湖泊和河流均被汞污染，48個州都發佈了有關吃魚的忠告。汞作為燃煤發電廠的副產物，隨風飄揚到河流湖泊中，被魚類和貝類吸收。發電廠集中的東北部和中西部問題最為嚴重。
在美國，已經排放到水中的污染物中包括多氯聯苯 （polychlorinated biphenyls，PCBs），這是作為管道滑潤劑和用於各種電氣設備、油漆和塑料中的一類化學品。許多公司在加工過程中把多氯聯苯傾倒進河流中，致使其從那裡進入食物鏈。有幾個州已經禁止在一些河流湖泊中進行商業捕魚，因為魚體內多氯聯苯含量高於有關部門認為安全食用的水平。雖然多氯聯苯對人體健康的影響尚未完全清楚，但其可能和出生缺陷、免疫系統傷害、肝病和癌症有關。1977年環境保護局禁止把多氯聯苯直接傾倒到美國水體中，但由於多氯聯苯並不立即分解，因此仍有大量此類化學品殘存於水體中。
最近，高氯酸鹽和氯乙烯也被列為地下含水層和水井的污染物。高氯酸鹽是火箭燃料的主要成分，氯乙烯用以製造塑料管、傢俱和室內裝潢。受污染的水用於飲用、洗浴或烹飪能導致肝癌、神經傷害、血液循環疾病和皮膚損傷。
石油工業是水化學污染的重要原因。海洋日益受到石油的污染。雖然像1989年瓦爾迪茲號（Exxon Valdez ）油輪那樣的大規模石油洩漏吸引了公眾的注意，但較小規模的洩漏造成每年成百萬升石油「例行公事」地傾倒入美國的水體中。通常有一半以上的石油來自油輪和駁船，其中多半與海難中船體斷裂相關。其餘大多來自煉油廠漏油、沖洗儲油罐、排放含油壓倉水和海底鑽探平台漏油等。作為大範圍海底鑽探場的墨西哥灣是世界上污染最嚴重的大水體之一。
酸沉降（通常叫作酸雨）來自工廠、發電廠和汽車尾氣排放的副產物，影響著世界上成千上萬湖泊和河流的水質與生態系統。由於酸沉降是空氣污染造成的，因此本章後面還要對其進行討論（見「酸雨」一節）。
許多工業過程和電力生產需要用水作為冷卻劑。被加熱了的水回到環境中就出現熱污染 （thermal pollution），對水體中的動植物產生不良影響。如果熱廢水溫度明顯高於受納水體，就可能破壞魚類種群的生長、繁殖和洄游。甚至只有幾度的水溫變化也使許多植物和魚類不能存活。它們不是死亡就是被迫遷徙，以其為食的物種也是如此。食物鏈就這樣被破壞了。此外，水溫越高，氧氣含量越少，這意味著只有較低等級的動植物才能生存。
礦業
煤礦、銅礦、金礦、鈾礦和其他礦物的露天開採所產生的廢棄物造成水源污染。雨水與礦山廢棄物發生反應，溶出礦物質，滲入鄰近水體。所發生確切的化學變化取決於煤和礦渣的成分，以及礦物與沉積物或河水之間的反應。
例如，堆浸法３ 是將大量氰化物傾倒到低品位礦石堆上來提取金。許多國家，包括美國、秘魯、羅馬尼亞、坦桑尼亞和印度尼西亞的大型礦業公司，都使用這種較新式的技術。這些公司把大量含氰化物的廢物傾倒到河流中，造成水污染。這些污染物除了改變水質以外，還給土壤、植被和動物帶來次生影響。例如，美國西部各州，如亞利桑那州、內華達州和加利福尼亞州，每年都有成千種棲息於金礦湖沼中的動物和候鳥因飲用了被氰化物污染的水而死亡。
亞馬孫河及其支流水源也發生同樣的污染，但污染物是汞而不是氰化物。因為汞本身附著在金子上，所以可以把金從土壤和岩石中分離出來。據估計，巴西、委內瑞拉和相鄰各國有50萬被稱為「露天礦勘探者」（garimpeiros）４ 的由獨立礦工組成的合作團體使用這種有毒液體采金。他們把礦石從河床裡挖掘出來，碾碎礦石後把汞倒在上面，用手把汞擠出來，然後焚燒混合物，讓多餘的汞蒸發掉。這樣開採金礦，估計每年要把大約100噸汞排放到亞馬孫河中，毒化河水，使魚類中毒，另有100噸汞蒸發到大氣層。由於可能要幾十年，河水中汞的濃度才達到中毒水平，因此，汞對河流的污染就像一顆定時炸彈，許多年內亞馬孫流域汞中毒的全部效應可能不為人知。然而，已經查明的是，有很高比例的礦工通過接觸和吸入，體內汞濃度已達極高水平。還查明，他們和其他人通過吃魚也遭到汞的污染。
城市和居民區
許多污染物來自與城市化有關的活動。洗滌劑的使用增加了河流中磷的含量，用於道路防凍的鹽類增加了徑流中氯化物的含量。城市地區的徑流中含有垃圾、動物糞便、樹葉和車輛漏油帶來的污染物。由於污染源多種多樣，因此任何一個地區的水源都常常受到多種污染物影響使水污染控制問題變得很複雜。
受污染的飲用水井遍及美國半數以上的州。垃圾填埋、汽油與其他燃料油儲罐破裂、化糞池破裂，以及農田噴灑殺蟲劑和除草劑，使化學品滲入地下含水層而進入地下水。含水層污染特別麻煩，因為地下水與地表水不同，其自我淨化能力很低，污染能保存幾個世紀。
污水也是主要水污染源，這取決於污水排放前是否得到良好的處理。它不單和環境有關，還直接影響人的健康。未經處理的人類糞便含有導致痢疾、肝炎、脊髓灰質炎（小兒麻痺症）、脊膜炎和其他疾病的病毒。
雖然最發達國家城市廢水處理日漸增加，但發展中國家90%以上的污水未經任何處理就被直接排放到江河、湖泊和沿海水體中。對俄羅斯200條主要河流的調查表明，其中80%受到原生污水的污染，含有危險程度很高的細菌和濾過性病毒。印度全部地表水至少有70%受污染，因為其3000多座城市裡至多只有200座有完備或部分的污水收集和處理設施。
雖然污水處理廠遍及美國，但只有一半美國人居住在符合聯邦《清潔水法》（Clean Water Act）所規定最低目標設施的社區。1100座城市裡老化的下水道系統仍然把處理很差的污水排放到河流、湖泊和海洋中。當佛羅里達州戴德縣（Dade County）下水道系統週期性破裂的時候，成百萬升原生污水洩入邁阿密河，在邁阿密市區排入比斯坎灣（Biscayne Bay）。同樣的，未經處理的污水從老化的污水處理廠溢流入五大湖中，湖灘也因此遭到污染而被關閉。
在許多社區，如果含有動物糞便、街道垃圾和草坪化學品的雨水湧進下水道，那麼在大雨後會出現特殊的問題。由於污水處理廠超負荷，暴雨徑流和原生污水一起流入河流、海灣和海洋中。僅紐約市就有500多個排洪口，每年把大約2460億升未經處理的污水（約占該市污水總量的10%）排入哈得孫河和長島海峽。除此以外，美國東部、中西部和西北部1200座城市也有和暴雨溢流系統相結合的污水網絡。
控制水污染
近幾十年來，對污染日益嚴重的關切已在美國和其他國家引發了對一些地表水體水質較大的改善。1972年美國聯邦政府在調控水污染方面率先制定了《清潔水法》。其目標為「恢復、維持本國水體的化學、物理和生物的完整性」。國會針對每一類主要污染工業，建立了全國性統一管理制度，規定政府支付新建污水處理廠的大部分費用。自1972年以來，美國建立了服務於8000萬人的污水處理廠，工業界花費了幾十億美元按照《清潔水法》減少有機廢物排放。
這些成績令人印象深刻。許多在生態學上已經死亡和正在死亡的河流、湖泊重現生機。一度成為各種生活垃圾和工業垃圾傾倒場的哈得孫河、波托馬克河、凱霍加河與特裡尼蒂河變得比過去更乾淨、更有吸引力和生產力了。人們現在可以在這些河流上進行垂釣捕魚、游泳和划船等娛樂活動。同樣的，西雅圖的華盛頓湖和五大湖也比20年前更健康了。最近，有關當局宣佈了幾項雄心勃勃的計劃，要清潔本國最大的河口——切薩皮克灣——的水體，並通過改善基西米河和奧基喬比湖的水質來消除對佛羅里達大沼澤造成的傷害。
其他國家環境意識的提高也促進了立法和相關行動的實施。例如，英國南部因排入污水和工業廢物而被嚴重污染的泰晤士河，現在處於幾個世紀以來最清潔的時候。嚴格的污染控制標準的執行停止了水質下降的趨勢。藻類、海草、魚類和野禽又大量回歸河中。
甚至地中海也進入逐步康復之途。1976年周邊18國簽署了《保護地中海免受污染公約》（Convention for the Protection of the Mediterranean Sea against Pollution）。那時所有沿岸城市都把未經處理的污水傾倒入海，油輪噴出含油廢物，成噸的磷、洗滌劑、鉛和其他物質污染著海水。現在，許多城市建立了或正在建立污水處理廠，禁止輪船隨意傾倒污水，有些國家政府開始實行對陸地污染源的控制。
我們不應為這些進展所誤導。儘管有些最嚴重的問題已經得到處理，但是根據美國國家環境保護局的資料，美國50%的河口灣、45%的湖泊和39%的河流仍然受到污染。解決水污染問題取決於對城市、工業廢物的有效處理；取決於對來自農業、礦業和林業的化學徑流的控制；還取決於對低污染技術的開發。雖然污染控制項目代價高昂，但污染的長期代價更高。
12.3 對空氣和氣候的影響
對流層，即地表上面薄薄的一層空氣，包含著我們呼吸的所有空氣。每天都有成千噸污染物被車輛、焚化爐、工廠和飛機排入空氣中。當空氣中所含物質的濃度足以對生物造成有害影響時，空氣就被污染了。
空氣污染物
可能從來就不存在真正純淨的空氣。就像存在著天然的水污染源一樣，即使人類不向空氣中加入任何物質，也會有一些物質使空氣遭到污染。火山爆發產生的灰塵、沼澤氣體、林火產生的煙氣，以及被風吹揚的塵埃，都是天然的空氣污染源。
這些污染物通常數量很少，而且充分擴散到整個大氣層。一座大火山偶爾爆發可能產生非常多的灰塵，以至於大氣層發生短期的改變。一般來說，天然的空氣污染源不會對空氣造成長期的明顯影響，而且，空氣就像水一樣，也能夠自行淨化這種污染。
人類排放到空氣中的物質遠比自然界產生的污染物更多。這些人為污染物主要是燃燒化石燃料（煤、天然氣和石油）和其他物質造成的。發電廠、許多工廠、家庭爐灶、小汽車、卡車、公共汽車和飛機都燃燒化石燃料。科學家估計，所有空氣污染物中3/4來自化石燃料燃燒。此外，其餘污染物大多為工業過程造成，如焚化固體垃圾、森林與農田起火和溶劑蒸發。圖12.10描述了主要的空氣污染源。表12.1總結了6種大量排放的污染物的主要來源。這些原生污染物一旦進入大氣層，就有可能和其他原生污染物或水蒸氣等正常大氣成分發生反應，生成次生污染物。
圖 12.10 美國原生空氣污染物來源。原生空氣污染物就是直接排入大氣層的物質，其數量足以對人類健康或對環境造成不良影響。交通運輸是人類造成空氣污染最大的單項來源，其次是使用燃料的發電廠和工廠等固定源。
資料來源：Redrawn from Biosphere 2000, by Donald G. Kaufman and Cecilia M. Franz (NY: HarperCollins College Publishers, 1993, Fig. 14.3, p. 251) .
污染物類型
符號
主要來源
二氧化碳
CO2
化石燃料燃燒
一氧化碳
CO
大多為車輛化石燃料不完全燃燒
碳氫化合物
HC
化石燃料燃燒，石油化工廠
氮氧化物
NOx
運輸車輛，發電廠
顆粒物
－
汽車尾氣，煉油廠，燃煤發電廠，耕種與建築作業
硫氧化物
SOx
含硫燃料（特別是煤炭）燃燒
空氣污染是一個全球性問題。世界衛生組織新近一項研究斷定，11億以上居住在城市地區的人呼吸著不健康的空氣。發展中國家中大約有6.25億人生活在被認為不可接受的二氧化硫水平中，12.5億人生活在不可接受的煙塵和其他顆粒物水平中。居住在墨西哥城、開羅、德裡、首爾、北京和雅加達等特大城市的居民，處於呼吸特別惡劣空氣的危險之中。
污濁的空氣也和受污染的水一樣致命。據世界衛生組織估計，每年至少有300萬人因空氣污染致病而死。
影響空氣污染的因素
影響一地空氣污染類型和程度的因素很多。相對而言，人類難以控制的因素有氣候、天氣、風的類型和地形等。這些因素決定著污染物是被吹往他方，還是就地積聚。總體來說，位於平原上的城市比谷地中的城市遭到污染物積聚的可能性要小。
不尋常的天氣可能改變污染物擴散的正常模式。逆溫現象加強了空氣污染的效應。在正常狀況下，空氣溫度從地表往上降低。但是，一層干暖空氣穩定地覆蓋在地表上空，將妨礙暖空氣從下面正常上升和變冷。如第4章所述（圖4.10和「多諾拉慘劇」專欄），逆溫出現時空氣變得停滯不動。污染物積聚在最下層而不是被吹走，空氣污染變得越來越嚴重。逆溫通常只持續幾小時，儘管有些地方經常出現這種情況。洛杉磯秋季常出現逆溫，丹佛則多在冬季。如果逆溫徘徊時間足夠長——超過幾天，空氣污染物就會積聚到嚴重影響人類健康的程度。
某地形成的空氣污染物可能在幾百千米以外產生最嚴重的影響，因為大氣環流能無視政治界限讓污染物自由遷移。因此，康涅狄格州和馬薩諸塞州部分地區能夠感受到紐約市最嚴重的空氣污染帶來的影響。產生煙霧的化學反應要歷經幾小時，這時，氣流已把污染物攜帶到紐約以外。紐約也以同樣方式接受產生自其他地方的污染物。影響新英格蘭地區和加拿大東部的酸雨，大多來源於五大湖地區和俄亥俄河谷的極高煙囪中飄散過來的硫化物。而俄羅斯和歐洲基於燃煤的工業產生的硫、碳和其他污染物，被氣流傳輸到北極圈地面，在那裡造成被稱為「北極霾」 （Arctic haze）的污染。
某一地區影響空氣污染類型和程度的其他因素是當地城市化和工業化的水平。人口密度、交通密度、工業類型與密度和家庭供暖方式共同決定著一個地區所排放到空氣中的物質的類型。一般而言，一個地區城市化和工業化程度越高，其就越應對污染負責。為改良或擴大耕地而燒荒，加上城市與工業迅速發展——這是發展中國家廣大地區日益普遍的現象——造成廣泛的大氣污染。例如，全彩衛星照相機定期地揭示一條近乎連續的煙霧帶——由煤煙、有機化合物、灰塵和其他空氣垃圾組成，厚達3.2千米，綿延於印度、孟加拉國和東南亞的大部分地區。
污染源如此多樣而多變，我們不能在本章中全都討論。鑒於此，我們先來研究3種空氣污染類型及其有關的效應。
酸雨
雖然酸沉降是更精確的描述，但更普遍使用的是酸雨 （acid rain）一詞，用以描述化石燃料燃燒產生的污染物，主要為硫和氮的氧化物。它們在大氣層中傳輸時發生化學變化，最後成為酸雨、酸雪、酸霧或酸塵降落到地面。這些污染物的主要來源是車輛、各種工廠、發電廠和礦冶設施。二氧化硫被大氣層中的水蒸氣吸收，變成具高度腐蝕性的硫酸。二氧化硫對雨水中酸的「貢獻」占2/3。大約有1/3的酸來自在大氣層中轉化為硝酸的氮氧化物。
一旦污染物在空氣中產生，就能被風攜帶到幾百千米之外，沉降到遠離其源頭的地方。在北美，最盛行的風是西風，這意味著降落到東海岸和加拿大東部的大多數酸雨來源於中部和中西部以北的10個州（圖12.11）。同樣，產生於英國、法國和德國空氣中的污染物造成了斯堪的納維亞半島的酸化問題。
圖 12.11 酸沉降的源地和當前有問題的地區。盛行風能把酸沉降帶到遠離其源地的地方。降水中的酸損害土壤、植被、水生生物和建築物。
資料來源：Student Atlas of World Geography, 3d ed., John Allen, Map 46, p. 59. McGraw-Hill / Dushkin, 2003 .
酸雨有3種效應：陸地的、水體的和物質的。酸改變土壤和水的pH值 （pH factor，一種0—14的酸鹼性等級），引起一系列化學反應和相關的生物鏈反應（圖12.12）。要注意pH值是一種對數尺度，即尺度上的每一級都代表10倍。因此，4.0就比5.0酸10倍，比6.0酸100倍。正常雨水的平均pH值為5.6，歸為微酸性一類，不過曾經記錄到pH值為1.5的酸雨（遠比食醋和檸檬汁酸性強）。
圖 12.12 酸雨的形成。化石燃料燃燒產生的二氧化硫和氮氧化物轉化為硫酸鹽和硝酸鹽顆粒，這些顆粒和水蒸氣發生反應，形成硫酸和硝酸，然後降落到地表。
資料來源：Redrawn from Biosphere 2000 , by Donald G. Kaufman and Cecilia M. Franz (NY: HarperCollins College Publishers, 1993, Fig. 14.5, p. 259) .
酸沉降通過對土壤的酸化以及將鋁和有毒重金屬鎘與鉛等顆粒覆蓋在地面上而危害土壤和植被。酸沉降殺死土壤中分解有機質和使營養物質通過生態系統再循環的微生物。美國東部、北歐和西歐、俄羅斯和中國的森林已經遭到嚴重傷害。
酸雨對水生生態系統的影響是多方面的。湖泊或河流的酸度無需增加很多就會開始干擾魚類繁殖的早期階段。同樣，由於酸化殺死魚類賴以為食的植物和昆蟲，食物鏈也被中斷。美國、加拿大和斯堪的納維亞半島成千上萬的湖泊和河流中魚類的消失以及其他地方魚類減少被認為同酸雨有關。內華達山脈、喀斯喀特山脈、落基山脈和阿迪朗達克山脈等地的高海拔河流、湖泊和池沼也面臨高酸度的慢性傷害。
建築物和紀念碑見證了大氣中酸的實質性影響。酸腐蝕著許多建築材料，包括大理石、石灰石、鋼鐵和青銅（圖12.13）。世界範圍內，成千上萬的建築物正在被酸沉降緩慢地溶蝕。
圖 12.13 法國蘭斯市（Reims）教堂這座石灰岩雕塑見證了酸雨的破壞作用。硫酸把石灰岩轉化為石膏，使其在多年同雨水接觸中被沖刷掉。（c William E. Ferguson ）
光化學煙霧
二氧化硫是酸雨的罪魁，而氮的氧化物則是形成光化學煙霧 （photochemical smog）的禍首。這種空氣污染類型的形成，是由於氮氧化物和空氣中水蒸氣裡的氧氣發生反應，生成二氧化氮。後者在日光下同汽車尾氣與工業廢氣中的碳氫化合物反應，生成像臭氧 （ozone）之類的新化合物。光化學煙霧的主要成分——臭氧分子由3個而不是2個氧原子組成。天氣干暖而環流微弱有利於臭氧形成。天氣越熱，日光越強，臭氧與煙霧形成越多。因此一般說來，夏季臭氧產生多於其他季節。
由於氮氧化物和碳氫化合物主要來源於機動車輛和工業，所以光化學煙霧多屬城市問題。任何地方，光化學煙霧問題的嚴重程度都取決於氣候、地形和交通狀況。此類煙霧世界各地均有發生，影響著許多城市，如土耳其的安卡拉、印度的新德里、墨西哥的墨西哥城和智利的聖地亞哥。據世界銀行報道，亞洲煙霧最嚴重的16座城市都在中國。
大約有1.6億美國人，即一半以上美國人口，居住在不符合2004年6月生效的聯邦地面臭氧標準的地方。加利福尼亞州溫暖陽光的氣候和地形特別有利於臭氧的生成（圖12.14）。加利福尼亞州的河谷被山地環繞，空氣污染保留在盆地中。出現逆溫時，污染物被有效地截留而不能逃逸到大氣層中去。一半以上的加拿大人也和對面的美國人一樣，居住在臭氧污染水平超標的地方。從溫莎到魁北克之間的區域空氣質量最差（圖12.15）。近一半臭氧是就地產生的，另一半來自俄亥俄河谷、克裡夫蘭和底特律地區。
圖 12.14 洛杉磯（a）晴天；（b）被光化學煙霧掩蓋。空氣停滯在城市上空時，汽車與工業廢氣越積越多，減弱下午的陽光，變成陰暗的霾，使臭氧水平劇增。《清潔空氣法》的要求和對汽車排氣更嚴格的規定已令臭氧峰值降低到1955年水平的1/4。（〔a 〕c Gregory Mancuso / Stock Boston; 〔b 〕c Robert Landau / Corbis Images ）
圖 12.15 美國和加拿大受煙霧污染最嚴重的城市。本圖僅標示兩國臭氧污染水平最高的20座城市。儘管近年來有害的排放明顯減少，但就每年「壞空氣」天數而言，洛杉磯仍然是美國臭氧污染最重的城市。而且，有些煙霧污染最嚴重的情況也出現在美國得克薩斯州休斯敦和達拉斯-沃斯堡。在加拿大的20座城市中，有10座位於溫莎至魁北克廊道上，受到來自美國的越境污染。
資料來源：American Lung Association, Environment Canada .
光化學煙霧既傷害人類健康又傷害植被。長期暴露於煙霧中會對人的肺部造成永久性傷害，使之過早老化，而且據信會增加哮喘、支氣管炎、肺炎和肺氣腫之類的發病率。由於兒童呼吸道較短小，而且免疫系統不如成人發育成熟，所以他們尤其容易受到空氣污染的傷害。
臭氧除了對人類有影響以外，也傷害植被。即使是百萬分之一的低濃度也會對樹木、植物和農作物造成傷害。雖然煙霧是城市工業中心產生的，但是對其下風向地區也有影響。日本東京和大阪、中國北京、巴基斯坦卡拉奇和美國加利福尼亞州洛杉磯等城市下風向的森林就受到與光化學煙霧有關的傷害。
臭氧層損耗
雖然臭氧在近地層是一種有害污染物，但對大氣層卻至關重要。在地面以上大約10—24千米的高度上，臭氧形成一個叫作臭氧層 （ozone layer）的保護層，它護衛著地球上所有生命免遭來自太陽的致命紫外線（ultraviolet，UV）的過度輻射。越來越多的證據顯示，各種化學品的排放正在破壞臭氧層。其中最重要的一類合成化學物質是1931年開發的氯氟碳 （chlorofluorocarbons，CFCs）。成百種產品中含有氯氟碳。它被用作冰箱和空調器中的冷卻劑，用作氣溶膠噴霧劑，用作塑料泡沫包裝、家居絕緣和室內裝潢材料等。它還以液化形式用於外科手術工具的消毒，清洗電腦芯片和其他微電子設備。
另一些與臭氧層損耗有關的是用於滅火器中的哈龍（halon），用作溶劑和清潔劑的四氯化碳和甲基氯仿，以及用於土壤和穀倉消毒以及熏蒸易腐貨物的殺蟲劑溴化甲烷。不過，氯氟碳遠比這些都重要。
這些氣體釋放到空氣中後，穿過低層大氣，在7—15年內上升到平流層（圖12.16）。在那裡，這些氣體分子被紫外線輻射破壞，產生游離的氯原子和溴原子。經過一定時間，一個這樣的原子就能破壞成千上萬個（如果不是無限多個）臭氧分子。
圖 12.16 臭氧層如何消失。釋放到空氣中的氯氟碳和哈龍通過對流層時（如同大多數污染物那樣）並不分解並最終進入平流層。一旦到達臭氧層，氯氟碳和哈龍就被紫外線分解，釋放出氯（來自氯氟碳）和溴。這些元素隨後破壞臭氧分子，將其分解為氧分子，由此破壞臭氧層。
每年7月開始，南極上空大氣層的臭氧損失就增多。1985年研究人員發現南極上空臭氧層中今天人所共知的「空洞」（實際上是一個低濃度臭氧區），其大小和美國大陸相當，並向北延伸，遠達南美洲有人居住的地區（圖12.17）。臭氧損耗在8—9月加強，直至10月溫度上升，風向改變，臭氧虧缺的空氣與周圍大氣相混合使損耗逐漸停止。北極上空臭氧層的損耗雖然較不令人注目，但也很嚴重，而1978年以來中緯度上空的臭氧層也顯著變薄。
圖 12.17 2003年9月16日南半球上空臭氧層損耗情況。影像下面的色階表示臭氧總水平。重大損耗區域面積大小逐年不同。2003年記錄的臭氧空洞近於2900萬平方千米。雖然南極洲上空的臭氧層損耗特別嚴重，但在世界上其他地方也已觀察到平流層中臭氧濃度下降的現象。（c National Centers for Environmental Prediction, NOAA ）
臭氧層的損耗讓更多的紫外輻射抵達地表。人類接受的紫外線輻射增多，提高了皮膚癌的發病率，同時由於紫外線輻射抑制了身體的防禦機制，也增加了罹患各種傳染病的風險。由於紫外線輻射還對植物細胞和組織造成傷害，因此其還可能造成農業減產。最嚴重的損害可能出現在海洋中。紫外線輻射量的增加，影響光合作用和被稱為浮游植物的微小植物的代謝作用。這些浮游植物就繁衍在南大洋海面之下，構成海洋食物鏈的基礎，而且在地球二氧化碳循環中起核心作用。
根據1987年由160國簽署的一項國際協議——《關於消耗臭氧層物質的蒙特利爾議定書》（Montreal Protocol on the Depletion of the Ozone Layer，以下簡稱《蒙特利爾議定書》），氯氟碳和其他臭氧層損耗物的生產正在被逐步淘汰。該協議要求發達國家在1996年1月1日之前停止生產和消費氯氟碳、四氯化碳、哈龍和甲基氯仿，發展中國家在2010年之前停止生產。《蒙特利爾議定書》使氯氟碳的產量急劇下降。到1998年其產量已比10年前的峰值減少了90%。下層大氣中溴的濃度從1998年到2003年下降了5%。
即使所有國家最後都執行了《蒙特利爾議定書》，但由於過去的排放，未來若干年內這些物質仍將繼續造成臭氧降解。兩種使用最廣泛的氯氟碳仍停留在平流層中，且會在漫長的120年時間裡繼續分解臭氧分子。所以，無法期待到21世紀末時臭氧層能夠完全恢復。
控制空氣污染
近年來，多方面的進展給人們帶來了逆轉空氣質量下降局面的希望。1970年以來，汽油中鉛的總量減少了75%。若干國家，包括發達國家和發展中國家在內，從市場上取締了加鉛汽油。其他許多國家也減少了汽油中的含鉛量和（或）引進了不含鉛汽油。這種進展意義重大，因為，接觸含鉛汽油燃燒釋放到大氣層的微粒狀鉛，會導致智力缺陷、高血壓，並增加心臟病發作和中風的風險。
如前所述，1987年《蒙特利爾議定書》提倡全球努力淘汰氯氟碳生產，以保護臭氧層。此協議曾經引起重大分歧。該議定書及其修正案禁止工業化國家生產氯氟碳。到1999年，世界氯氟碳生產總量已從1988年的峰值下降了88%。下降最顯著的是歐盟和美國，而實際上，截至2005年，氯氟碳的消費在中國、印度和其他發展中國家仍在上升。
另一項成功的協議是1979年《長程跨界空氣污染公約》（Convention on Long-Range Trans-boundary Air Pollution），由33個歐洲和北美國家簽署，旨在減少氮氧化物和二氧化硫的排放。例如，由於奧地利、西德、瑞典和挪威等國已將他們的二氧化硫排放減少了50%以上，所以20世紀80年代歐洲的空氣污染已經減少。氮氧化物的排放則被證明比較難控制。
美國近幾十年來在淨化空氣方面取得了明顯進步。一系列「清潔空氣法」（1963、1965、1970、1977）和修正案確定了主要污染物，並建立了全國空氣質量標準。國會經過多年辯論之後，於1990年通過了迄今最徹底的《清潔空氣法》。該法案宣佈要通過減少可能排放的空氣污染物量來保護人體健康和環境，並制定了達到那些目標的時間表。主要條款要求：
通過設立空氣中顆粒物和臭氧濃度允許標準以減少城市煙霧；
在污染最嚴重的城市使用清潔燃料；
降低機動車輛氮氧化物和碳氫化合物的排放；
要求公共部門減少氮氧化物和二氧化硫的排放。
儘管美國人口、經濟和機動車數量有所增加，但全國空氣比第一個「清潔空氣法」頒布時更乾淨了。1985年以來，鉛的排放量降低了98%，二氧化硫降低了50%，一氧化碳降低了32%。不過，美國許多地方的空氣仍然不符合公共衛生標準。
要達到《清潔空氣法》的目標，需要從固定污染源和非固定污染源中減少空氣污染物的種類和數量。清潔固定污染源可以採取的策略很多。技術選項包括改用清潔燃料，煤炭燃燒前進行洗煤以去除大部分的硫，使用洗滌器、吸塵器和過濾器去除煙道氣體中的污染物等。另外還可使用更高效器械以降低能耗、安裝密封條和絕熱材料、在建築法規中加強新建築物的能量消費標準等。
減少非固定源——主要是各種機動車輛——的排放，可以採取許多方法，包括按照更嚴格的尾氣排放標準淘汰舊汽車、駕駛燃油高效汽車、逐步淘汰含鉛汽油和實行嚴格的汽車年檢制度等。催化式排氣淨化器能大幅度減少機動車產生的煙霧。汽油價格上漲會減少汽油消費。如果社會承諾獎勵合夥用車、使用自行車或公交等替代交通方式，出行就會更加節能。
12.4 對地貌的影響
人類無論住在什麼地方都會對地表產生影響。我們為了滿足自己的基本需求進行過很多活動，但無論做過什麼，這些行為都已經對景觀造成了影響（圖12.18）。為了衣食住行和防禦，我們清理土地，改種植物，改造河流，建設道路、要塞和城市。我們開採地球資源、砍伐整片森林、修築梯田，甚至填海造地。對任何一個地區所做改變的性質取決於那裡的起始狀態和人們利用土地的方式。
圖 12.18 人類改變土地。人類用某種方式改變了許多地方的地貌。覆蓋著原始植被的「近於原始」的地區往往是高寒乾燥和不適合大量人口居住的地方。這些地方人口密度非常低。「部分改變」的地區是描述那些原始植被去除後生長著次生植被的地區。這種地方大多用於農業或放牧牲畜。「近於完全改變」的地區就是那些有永久性和集約性農業與城市聚落的地區，只有很少或沒有原始植被保留下來。
資料來源：Student Atlas of World Geography, 3d ed., John Allen, Map 61, p. 74. McGraw-Hill / Dushkin, 2003 .
挖掘作業產生的地貌
雖然我們一般認為地貌是「天賜」的，是千百萬年的自然過程創造的，但是人類在改造局部自然景觀方面已經扮演過、而且繼續扮演著重要角色。有些面貌是刻意創造的，有些則是無意或間接造就的。挖掘作業造成的主要地貌景觀有坑、塘、壟脊與壕溝、凹陷、運河和水庫等。其中有些可追溯到新石器時代，那時人們挖進白堊系土坑中掘取用於製作工具的燧石。但是，最近兩個世紀的挖掘作業影響最大，為了採礦、建造構築物和發展農業，為了建造交通設施，諸如鐵路、通航運河和公路等，都需要進行挖土作業。
露天採礦需要去除地表植被、表土和岩石以獲取地下資源，這也許是對環境影響最大的方式。深坑露天開採和帶狀露天開採是地表採礦最常用的兩種方法。深坑露天開採（open-pit mining）主要用於獲取鐵、銅、沙、礫和石料。如圖12.19（a）所示，由於大部分物料被移取處理，所以採掘完畢以後留下了巨大的深坑。
圖 12.19 （a）猶他州賓厄姆坎寧露天銅礦坑鳥瞰圖，據稱這是世界上最大的人造大坑。該地自開始採礦以來，已移去近150億噸土石料，形成一個深逾800米、頂部直徑達4000米的大坑。該礦生產了海量的銅、金、銀和鉬。（b）美國每年因露天開採煤炭和其他資源而損失大約400平方千米地面，全世界遭此破壞的土地遠高於此數。在平坦或波狀起伏的地面上，帶狀露天開採留下了平行的壟溝相間的景觀，這是因剝離或者堆填土石料造成的。為了取得下伏的礦物，從一條塹壕裡挖掘土石而後將其放置於相鄰的塹壕裡，留下了照片中的波浪狀地面。除改變地形以外，帶狀露天開採還干擾地面和地下的排水格局、破壞植被、使土地貧瘠，並且常常把強酸性底土和岩石堆置於新地表上面。（〔a 〕c Bettmann/Corbis Images; 〔b 〕c Jim Richardson / Corbis Images ）
美國煤礦採用帶狀露天開採（strip mining）的方式日益增多，現在每年用帶狀露天開採的煤炭超過了地下開採。磷酸鹽礦的開採也是用這種方式。先挖掘一條壕溝，採出礦物，然後挖掘另一條壕溝，把廢石填回第一條溝裡，依此類推。除非工人回填熟練，否則就會留下一種壟狀景觀（圖12.19〔b〕）。帶狀露天開採的一種變化叫作「移山填谷」（mountaintop removal and valley fill），即用炸藥把山頂炸掉，留下平頂山狀的頂部並暴露出煤礦脈，再用20層樓高的推土機把山頂連同廢石渣推到下面的山谷和河道中。弗吉尼亞、西弗吉尼亞和肯塔基等州均受到這種作業的影響。
被廣大的露天礦坑或起伏不平的壕溝損毀的景觀是地表採礦最明顯的結果。成千上萬平方千米的土地受到影響，而且其隨著地表採礦的增長還會繼續增加。露天採礦所造成的影響不只是一個地區美學價值受損，如果涉及的地區很大，還會造成野生動物棲息地的破壞，地表和亞表層的排水格局也會被擾亂。近年來美國對帶狀露天開採的關切促使聯邦與州立法增加法令，以制止最嚴重的濫用。現在人們期望露天開採公司平整那些土崗，提升地區的等級，修復土壤，重新種草或其他植被。
傾倒產生的地貌
一個地區的挖掘作業通過傾倒常常導致在附近地區產生某些地形。地表和亞地表露天採礦都產生大量廢物和巨量的廢料堆。事實上，按噸位來說，採礦是固體廢物 （solid waste）最大的單項「貢獻者」，僅在美國每年留下的需要處置的固體廢物大約有20億噸。一般習慣是把廢石和尾礦在礦點附近傾倒成巨大的廢渣堆。不幸的是，這種做法為環境帶來了次生的環境效應。
廢棄物中的灰塵被風和水攜帶，污染了空氣，溶解的礦物質污染附近的水源。有時候廢棄物造成更大的傷害，如1966年威爾士所發生的那樣。當時煤礦的礦渣堆滑塌到阿伯凡（Aberfan）村，掩埋了140多名學童。這樣的悲劇喚起人們的注意——要以潛在破壞力較小的方式處置採礦廢棄物。
挖掘和填埋對景觀起聯合作用的另一例子是亞洲部分地區特有的農業梯田。為了留住水分和增加可耕地面積，把山地和丘陵的坡地開墾成梯田，用矮牆保護小片平整的土地。
在水土交界的地方，人類對土地的影響尤其強烈。為了治水，人們進行挖掘和填土作業，建造了堤壩之類的地景。許多地方海岸線的真實形狀已被改變，施工人員為了增加土地而把固體廢棄物傾倒到填埋地上。在荷蘭，築堤圍墾加上開溝排水開墾了百萬平方千米土地。河谷中的農耕作業對三角洲產生了重大影響。例如，增多的泥沙常常使陸地向海洋延伸。
地面沉陷的形成
從地下挖掘物料能導致地面沉陷 （subsidence），即部分地面下陷。世界上許多大城市由於從地下抽取流體（地下水、石油和天然氣）而沉陷。受此類沉陷威脅的城市常位於鬆散沉積物（新奧爾良和曼谷）、海岸沼澤（威尼斯和東京）或湖床（墨西哥城）上。當地下液體被抽走後，沉積物被壓實，地面隨之下沉。由於許多城市坐落在海岸或河口灣，而且海拔只有幾米，所以地面沉陷使這些城市更易遭受海水氾濫之害。
因地下採礦而取走固體礦藏（如煤、鹽和金）可能造成礦山上面的地面塌陷。落水洞 （sinkhole）或陷坑（pit，圓形陡壁的坑洞）和凹陷（sag，較大較淺的窪地）是此類塌陷造成的地景。如果地面排水格局遭到破壞，低窪處可能形成沉陷湖。因不少城鎮擴展到採礦區上方，現地面沉陷已變成較嚴重的問題。
可以預料，地面沉陷會損害地面構築物，包括房舍、道路和下水道管線。1963年洛杉磯出現一個戲劇性例子，地面沉陷造成鮑德溫山水庫（Baldwin Hills Reservoir）大壩破裂，庫水在不到兩小時內傾注到市區，造成幾百萬美元的財產損失。墨西哥城抽取地下水導致了地面嚴重的不均衡沉陷（圖12.20）。1985年地震使該城受害如此嚴重的原因之一就是沉陷使建築物的結構變得脆弱。
圖 12.20 墨西哥城沉陷是由為城市供水而抽取城市下面的含水層所致。照片中所示為該城地下鐵系統2號線的一段，在20世紀60年代建成時曾是水平的。城市的一些區域已經下沉多達9.15米。沉陷使成百座建築物受損或毀壞，建於殖民時期的市中心尤甚。自來水管道、下水道和地鐵隧道仍在不斷破裂。（c Gerardo Magallon ）
12.5 對動植物的影響
人類以種種方式影響動植物生活。當這種影響足夠嚴重的時候，一個物種就會滅絕，即不再存在。雖然化石記錄表明滅絕是地球生命的正常現象，但科學家判斷近代歷史上滅絕速率呈指數增長——因人類活動造成。瀕危物種個體數量太少，如果危害原因繼續存在，它們就將在野生狀態下滅絕；而漸危物種 （vulnerable species）是種群數量減少，在可預見的未來有可能變成瀕危的物種。瀕危物種和漸危物種合稱受脅物種 （threatened species）。
某些類型的物種比其他物種滅絕的幾率高。這些物種通常具有以下一種或多種特性：或以分散個體的小種群存在；或繁殖率低，尤其是比捕食它們的物種低；或生存在一個小的地理區域內；或為特化生物，其生存依賴環境中少數幾種關鍵因素。
世界自然保護聯盟（International Union for Con-servation of Nature，IUCN）對各大陸野生動物的狀況做了估計，2000年發表的報告稱，所有已知哺乳類物種中24%被認為屬於受脅物種，其中4%屬於緊急瀕危物種。各哺乳動物綱中受脅的名單如下：
奇蹄類動物（犀牛、斑馬等）11種；
食肉動物（野貓和野狗、熊等）65種；
偶蹄類動物（河馬、鹿、羊等）70種；
靈長類動物（猴和猿）96種。
擁有受脅哺乳類動物數目最多的國家是中國、印度、印度尼西亞和巴西。這些國家總人口占世界人口的40%，這對危急的生境施加了日益增加的壓力。
2000年對鳥類物種的評估斷定，全世界大約有9900種鳥類，其中1/8有滅絕的危險。含受脅鳥類物種數量最多的國家是印度尼西亞、中國、巴西和哥倫比亞。
儘管瀕危哺乳類和鳥類已經引起公眾注意，但是許多植物也處在危險之中。據世界觀察研究所（Worldwatch Institute）2000年發表的報告，世界已知27萬種植物中，有3萬多種面臨滅絕的危險。在處境危險植物物種的數量上，美國居於首位（16,108種植物中有4669種，即29%處於危險之中），其次為澳大利亞和南非，但是產生這種統計結果的部分原因可能是這些國家的植物調查做得比其他國家好。
本節中，我們將分析人類改變動植物生活的某些途徑。
生境破壞
物種滅絕的主要原因之一是野生動植物生境的損失或改變。所有受脅物種中大約2/3受生境退化或喪失的影響。農業活動（種植和畜牧業）、採掘活動（伐木和採礦）以及各種開發（例如房舍、道路、水壩和水渠）都改變或毀壞動植物的生境（圖12.21）。據某些人士估計，地球上生物多樣性最豐富的地方——全世界熱帶雨林——的破壞，正在造成每年上百個動植物物種的滅絕。
圖 12.21 生境破壞的受害者和人口增加對土地的需求。面臨滅絕的野生動物中有：（a）銀白長臂猿；（b）猩猩。銀白長臂猿僅存在於印度尼西亞的爪哇島，島上大部分森林已遭砍伐。專家估計自1975年以來，銀白長臂猿的數量已從約2萬隻驟降至400—2000只。伐木也是印度尼西亞猩猩數量下降的主要原因。據信，20世紀90年代其種群已減少一半。現已宣佈銀白長臂猿和猩猩均屬瀕危物種。（〔a 〕c Gerard Lacz / Animals Animals; 〔b 〕c R. Lynn / Photo Researchers ）
許多人擔心，隨著非洲和南美洲國家變得更加工業化和城市化，擴大的耕種面積，將為野生動植物帶來越來越大的負面影響。現在已經瞭解的是，非洲野生動物正在迅速消失，部分原因是生境的破壞。例如，在博茨瓦納，人們豎立圍欄以保護家畜，導致10年之內25萬隻羚羊和斑馬因迷途而死亡。某個物種數量下降，就會擾亂物種之間的平衡，使整個生態系統被破壞。
生境破壞既是發達國家也是發展中國家的特徵。例如，美國海邊的潮灘就因住宅和工業開發而被疏浚和填方。這種地區的損失減少了魚類、甲殼類和軟體類動物的重要生境。美國的高鳴鶴實質上已消滅殆盡，因為其築巢的沼澤被疏干，道路和溝渠又使侵入者進入其棲息地。美國和加拿大試圖通過繁殖計劃令其回歸，但前途未卜。
捕獵與商業性開發
人們影響動植物的另一種方式是蓄意地破壞。為了取得食物、毛皮、皮革、珠寶和戰利品，我們過度捕獵和捕撈。過去無節制的捕獵傷害了全世界的野生動物，並造成許多種群和物種的破壞。美國輕率的開發把海狸、海獺、美洲鱷和美洲野牛等物種帶向滅絕的邊緣。目前在立法保護下這些種群數量正在增長，但是發展中國家的捕獵活動仍然對許多物種造成威脅。
非洲有3個物種——象、犀牛和山地大猩猩，其生存因捕獵（多屬非法）而受到威脅。為了獲取象牙，非洲象被殘酷屠殺。據估計，20世紀30年代存活的像有500萬—1000萬頭，到1979年降至130萬頭。而現在僅存30萬—50萬頭。為取其角而被獵殺的黑犀牛，現在是一個瀕危物種。一個世紀前在撒哈拉以南的非洲，該種群有近100萬頭，現在降至約2500頭。大猩猩所有亞種均屬瀕危物種，其中最稀有的是山地大猩猩。據信現在山地大猩猩僅存650只，其中多數在剛果民主共和國、烏干達和盧旺達的國家公園中（圖12.22）。
圖 12.22 山地大猩猩是世界上最瀕危的靈長類動物之一。雖然大猩猩生活在國家公園，但它們的存活前景毫無保障。生境破壞——砍伐薪柴和木料——和非法偷獵使其數量減少。（c Digital Vision / Getty Images ）
第10章所討論的海洋漁業產量下降，主要原因是現代捕魚技術的廣泛應用，其使捕撈變得更容易、更高效。現代捕魚技術包括使用聲吶、雷達、直升機和全球定位系統測定魚群，使用更高效的漁網和滑車，以及應用拖網加工船跟隨捕魚船隊加工和冷凍捕獲物。
據聯合國糧食與農業組織的資料，現在世界17個主要海洋漁場的捕獲量等於或超過可持續水平，13個漁場捕獲量下降。美國沿岸水體掠奪式捕魚已經危及大多數最值得捕撈的魚類物種，包括新英格蘭水體中的黑線鱈、黃尾比目魚和鱈魚，墨西哥灣的馬鮫魚、石斑魚和紅甲魚，加利福尼亞沿岸的大比目魚和條紋石，太平洋西北部的鮭魚和虹鱒等。
日本、韓國和其他國家的商業漁民使用漂網捕撈烏賊、金槍魚和鮭魚。這種延伸達65千米的漂網因其極具破壞性的效應而被稱為「死亡之簾」，所到之處把一切生命一網打盡——不僅捕撈其目標物種，而且殃及成百萬的非目標魚類、海鳥、海龜和海洋哺乳類。世界野生動植物基金會（World Wildlife Fund）５ 估計，每年至少有6萬頭海豚、鼠海豚和鯨因被捲入漁網和其他設備而溺斃。這些被船員捕撈其他物種時意外捕獲的物種叫作間接漁獲（bycatch），他們使80個海洋鯨目（似魚的）哺乳類中的許多種群大量減少，其中有些近於瀕危。
外來物種
一種植物、動物或其他生物（例如微生物）被投放到一個它未曾在其中進化的生態系統中，這種生物就是非本土（非本地）種——外來物種 （exotic species）。一個造成經濟或環境傷害的外來物種叫作「入侵種」（invasive species）。人類活動是入侵種傳入的主要方式。
有意或無意將一個物種引進到它從前不存在的地區，可能產生有害和不可預見的後果。被引進的物種常常把它們的天敵——捕食者和疾病——留在源地，使它們獲得比本土物種更大的優勢，因為本地物種受到當地生物調節的抑制。例如，1859年兔子被有意地引進澳大利亞。最先的十幾兔子對在幾年內繁殖到幾千隻，儘管採取了多項控制計劃，但到1950年還是達到了約10億只。由於5隻兔子的食量就等於一隻羊的食量，由此產生了一個全國性問題——兔子成了經濟負擔和環境威脅：兔子同羊競爭牧草地並加速土壤侵蝕。
由於世界貿易與旅遊的速度和範圍的增大，外來（又稱非原生）物種的入侵也在增加。僅就美國而言，近年來已發現上百種有害入侵者——之所以有害是因為它們消滅了或在競爭中擊敗了本土物種（見「貽貝之禍」專欄）。這些物種包括：
非洲化的蜜蜂６ ，比歐洲蜜蜂更好鬥，毒性更強，這些蜜蜂於1957年從巴西一個試驗站逃逸後，在20世紀90年代到達美國西南部；
亞洲舞毒蛾，是樹木和某些作物的貪婪採食者，1991年到達俄勒岡州、華盛頓州和加拿大不列顛哥倫比亞省；
亞洲天牛，可能是在1996年由中國的木製運貨架帶到紐約州布魯克林的，而後他們出現在芝加哥地區，威脅著楓樹、榆樹、柳樹和樺樹；
亞洲虎蚊，1985年在運往得克薩斯州一家輪胎翻新工廠的一艘日本裝輪胎的集裝箱中被發現，後來蔓延到25個州，它們攜帶許多熱帶病毒，包括黃熱病、登革熱和各種腦炎；
蝦虎魚，一種好鬥的魚，1990年隨來自黑海和裡海的船隻壓倉貨到達美國，成為五大湖生態系統的威脅。
專欄 12-2 貽貝之禍
帶有小巧條紋外殼的斑紋貽貝看起來似乎是無害的生物，但是生態學家認為它們近年來進入北美洲無異於一場災難。1988年北美首次發現原產裡海和黑海的斑紋貽貝。據信，它們是在東歐貨船在底特律附近的聖克萊爾湖傾瀉壓艙水時逃逸出來的。
幾年之內貽貝就蔓延到五大湖和許多內陸湖泊中。駁船把它們傳播到密西西比河、俄亥俄河和阿肯色河等通航水道中。貽貝的迅速增殖是由於缺乏潛水鴨和小龍蝦之類的天敵，也因為貽貝驚人的繁殖力。成年雌貽貝每年產卵3萬—10萬粒，雄貽貝也能貢獻相應數量的精子。
貽貝對經濟和生態系統都有負面影響。它們附著在硬質表面上，拓殖到本土貝類上、船塢中、船隻上、漁網上、水中閥門和管道中。美國每年要花費幾百萬美元去控制貽貝群落，它們現在阻塞著水下取水管和發電廠、自來水廠以及各種工業設施的水下格柵。在一處公用事業設備1平方米的牆上找到了70多萬隻貽貝，安大略一家水廠的一支進水管被30噸貽貝阻塞。