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5.2 能源资源与工业化
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虽然人们依赖蕴藏在生物圈里各种各样的资源，但能源却是“主导资源”。我们利用能源使所有其他资源为人类所用（见“什么是能量？”专栏）。没有能源，所有其他资源将存留在原地，不可能被开采、加工和分配。当水变得稀缺时，我们利用能源从较大深度处抽取地下水或者从江河引水和建造渡槽。同样的，在面对贫瘠土壤管理的情况下，我们投入化肥、农药和农具等能源来增加产量。通过能源的使用，把原材料转化为商品以及服务的绩效都远远超过任何个人所能做到的水平。而且，应用能源可克服人类开发的物质世界的不足。高质量的铁矿可能被耗尽，但是通过广泛应用能源，可以将岩石中含量极低的铁提炼、富集以供工业利用。
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专栏 5-1 什么是能量？
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人们借助非生物能源建立了发达社会。能量（energy）——做功的能力——不是势能（potential energy）就是动能（kinetic energy）。势能是被储藏的能量，当被释放出来时，处于一种能被利用做功的形式；动能是运动能，所有运动中的物体都具有动能。
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设想一座水库蓄满了大量的水，水就是势能的储藏库。当水库大坝蓄水的闸门打开时，水汹涌流出，势能就变成了动能。它能被利用做功，例如驱动发电机。能量没有消失，只是从一种形式转变为另一种形式。
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遗憾的是，能量的转变并不是完全的。并非水的全部势能都能转变成电能。有些势能常常转变成热量然后消失到周围环境中。能源效率就是我们如何能很好地将能量从一种形式转变成另一种形式而没有浪费——即生产出来的能量与生产过程中所消耗的能量之比。
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能源可以用多种方法提取。人类本身就是能量的转换者，从蕴藏在食物中的能量获取燃料。我们的食物来源于植物通过光合作用而储存的太阳能。实际上，几乎所有能源都是当初太阳产生的能量的储存库。其中有木材、水、风和化石燃料等。人类已经不同程度地利用了其中的每一种。农业社会之前，人们主要将储藏在野生植物和动物中的能量作为食物，不过也开发了某些工具（如矛）和养成了开拓能源基地的习惯。例如，人们通过火来取暖、做饭和清理林地从而增加自己的能源。
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定居性的农业社会发展了技术以利用越来越多的能源。动植物的驯化（domestication），利用风力（wind power）推动船只和风磨，利用水转动水轮，这些都扩大了能源的基础。在人类的大部分历史中，木材是主要的燃料来源。甚至在今天，世界上至少还有一半的人将木材作为燃料烹饪和取暖。
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然而，正是在从可再生资源到非可再生矿物的过渡期中，主要的化石燃料激发了工业革命，使得第6章所讨论的人口增长成为可能，并且给予一些地区远超过其未使用非生物能源时所能达到的人口承载力。在工业化国家，个人和国家财富的大量增加，在很大程度上是建立在煤、石油和天然气的经济基础上的。这些能源被用于供热、发电和开动机器。
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能源的消耗与工业化生产和个人财富的增加密切相关。一般来说，能源消费水平越高，人均国民总收入就越高。能源消耗与经济发展的这种相互关系表明了各社会之间的基本差异。能承受大量能源消耗的国家，就可以继续扩张他们的经济和提升人民的生活水平。那些无法获得能源、或者承受不起能源消费的国家，他们的经济发展远景与那些发达国家的差距日益加大。
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5.3 非再生能源
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原油（crude oil）、天然气和煤构成了工业化的基础。图5.5表明了美国过去的能源消费格局。大约1885年之前，燃烧木材提供了大部分的能源需求。从1885年起，煤炭上升到主要地位。由燃煤满足的能源需求所占比例大约在1910年达到顶峰。之后，石油和天然气逐渐取代了煤炭。如图所示，化石燃料作为能源在最近100年占据绝对优势，2005年占美国全国能源消费的90%左右。
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图 5.6 （a）石油主要生产国。2004年这8个国家生产了世界石油的56%。石油输出国组织成员国以星号标注，共占2004年石油生产量的41%。（b）石油主要消费国。这里只表示了6个国家。每国在2004年消费了世界石油的3%或更多。
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资料来源：Data from The BP Statistical Review of World Energy, June 2005.
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原油
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今天，原油及其副产品几乎占全世界所有商业能源消费的40%（木材和其他传统燃料未计在内）。世界上有些地区和工业化国家对原油的依赖远高于此数。图5.6表明了原油（也称石油）的主要生产国和消费国。
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图 5.5 1850—2004年美国的能源。2004年化石燃料提供大约90%的能源。
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原油被从地下开采出来以后，必须精炼。碳氢化合物被分离出来，蒸馏出蜡和焦油（制取润滑油、沥青和许多其他产品），以及各种燃料。石油由于可燃烧并且是一种浓缩的能源适合于驱动车辆，因而跃升至重要地位。虽然以石油为基础的产品有数千种，但家用燃料油、柴油、喷气机燃油和汽油等燃油是精炼厂的主要产品。在美国，运输用燃油占所有石油消费的2/3。
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如图5.7所示，原油主要靠水路从许多生产中心运往工业先进国家。请注意，美国从许多地区进口原油。其他的主要进口商——西欧和日本主要是从中东进口原油。
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