大氣環(huán)境化學2-1

1、廣西合浦大肆采礦作物被粉塵包裹思考題： 環(huán)境問題的實質(zhì)是什么？解決環(huán)境問題的根本途徑有哪些？實質(zhì)：是社會經(jīng)濟問題根本途徑：控制人口，加強教育，提高人口素質(zhì)，增強環(huán)境意識；強化環(huán)境管理發(fā)展經(jīng)濟依靠科技進步和發(fā)展水水沉積物沉積物空氣空氣CH3Hg+魚魚(CH3)2 HgHgCH4C2H6CH3Hg+HgHg2+HgHg22+(CH3)2 Hg細菌細菌細菌細菌細菌細菌細菌細菌汞的遷移轉化循環(huán)汞的遷移轉化循環(huán)一、大氣溫度層結一、大氣溫度層結1 1、定義：、定義： 由于地球旋轉作用以及距地面不同高由于地球旋轉作用以及距地面不同高度的各層次大氣對太陽輻射吸收程度度的各層次大氣對太陽輻射吸收程度上的差異，使

2、得溫度、密度等氣象要上的差異，使得溫度、密度等氣象要素在垂直方向上呈不均勻的分布。素在垂直方向上呈不均勻的分布。 常見的方法根據(jù)溫度隨海拔高度的變常見的方法根據(jù)溫度隨海拔高度的變化情況將大氣分為四層?；闆r將大氣分為四層。第一節(jié)第一節(jié) 大氣的組成及其主要污染物大氣的組成及其主要污染物A、對流層、對流層 troposphereB、平流層、平流層stratosphereC、中間層、中間層mesosphereD、熱層（電離層）、熱層（電離層）thermosphere100806040200熱層中間層頂中間層平流層頂平流層對流層頂對流層 2 2、大氣分層與各層的特性、大氣分層與各層的特性160 200

3、 240 280T(K)X(km)圖圖 大氣溫度的垂直分布大氣溫度的垂直分布A 對流層對流層 對流層是大氣圈中最接近地面的一層。對對流層是大氣圈中最接近地面的一層。對流層厚度隨緯度和季節(jié)而變化，平均厚為流層厚度隨緯度和季節(jié)而變化，平均厚為12km。 對流層最顯著的特點就是氣溫隨海拔高度的對流層最顯著的特點就是氣溫隨海拔高度的增加而降低，大約每上升增加而降低，大約每上升100m，溫度降低，溫度降低0.6。 另一個特點是密度大，大氣總質(zhì)量的另一個特點是密度大，大氣總質(zhì)量的3/4都集中都集中在對流層。在對流層。 自然界主要的天氣過程如雨、雪、雹等的形自然界主要的天氣過程如雨、雪、雹等的形成都發(fā)生在這

4、一層成都發(fā)生在這一層,人類活動排放的污染物絕大部人類活動排放的污染物絕大部分停留在這一層。對流層是大氣中最活躍，與人分停留在這一層。對流層是大氣中最活躍，與人類關系最密切的一層。類關系最密切的一層。100806040200熱層中間層頂中間層平流層頂平流層對流層頂對流層 160 200 240 280T(K)X(km)圖圖 大氣溫度的垂直分布大氣溫度的垂直分布 平流層是指對流層頂?shù)礁叨燃s平流層是指對流層頂?shù)礁叨燃s50km的大氣層，氣體狀態(tài)穩(wěn)定。的大氣層，氣體狀態(tài)穩(wěn)定。在在25km以下溫度隨高度基本不以下溫度隨高度基本不變，在變，在25km以上到平流層頂，以上到平流層頂，氣溫隨高度增加而升高。氣溫

5、隨高度增加而升高。有有大約大約20-20km厚的一層臭氧層厚的一層臭氧層吸收紫外線；沒有對流運動；吸收紫外線；沒有對流運動；空氣比對流層稀薄得多，很空氣比對流層稀薄得多，很少出現(xiàn)天氣現(xiàn)象。少出現(xiàn)天氣現(xiàn)象。 平流層中大氣透明度好，氣流平流層中大氣透明度好，氣流穩(wěn)定，超高速飛機多在底部飛行。穩(wěn)定，超高速飛機多在底部飛行。B 平流層平流層100806040200熱層中間層頂中間層平流層頂平流層對流層頂對流層 160 200 240 280T(K)X(km)圖圖 大氣溫度的垂直分布大氣溫度的垂直分布C 中間層中間層 中間層是平流層頂中間層是平流層頂80km高度的大氣層。顯著特點是高度的大氣層。顯著特點

6、是氣溫隨高度的增加而降低，氣溫隨高度的增加而降低，這種下高上低的特點使中間這種下高上低的特點使中間層對流運動非常激烈。層對流運動非常激烈。100806040200熱層中間層頂中間層平流層頂平流層對流層頂對流層 160 200 240 280T(K)X(km)圖圖 大氣溫度的垂直分布大氣溫度的垂直分布D 熱層熱層熱層溫度隨高度增加而急劇熱層溫度隨高度增加而急劇上升，存在大量的離子和上升，存在大量的離子和電子，也稱電離層。電離電子，也稱電離層。電離層能將地面發(fā)射的無線電波層能將地面發(fā)射的無線電波返回地面，對全球的無線電返回地面，對全球的無線電通信具有重要意義。通信具有重要意義。 熱層以上是逃逸層，

7、是大氣熱層以上是逃逸層，是大氣層逐步過渡到星際空間的一層。層逐步過渡到星際空間的一層。大氣的升溫過程大氣上界大氣上界地面地面地面增溫地面增溫地地面面輻輻射射射向宇宙空射向宇宙空 間間大大氣氣吸吸收收“太陽暖大地太陽暖大地”“大地暖大氣大地暖大氣”大大氣氣輻輻射射射向地面射向地面太太陽陽輻輻射射大氣吸收大氣吸收地地面面吸吸收收1 1、對流層大氣的重要熱源是來自地面的長波輻、對流層大氣的重要熱源是來自地面的長波輻射射, ,故離地面越近氣溫越高；離地面越遠氣溫故離地面越近氣溫越高；離地面越遠氣溫越低。越低。 隨高度升高氣溫的降低率稱為大氣垂直遞減率：隨高度升高氣溫的降低率稱為大氣垂直遞減率： =-d

8、T/dz =-dT/dz T T絕對溫度絕對溫度K, zK, z高高度度 在對流層中，在對流層中，00，=0.6/100m=0.6/100m 即每升高即每升高100m100m氣溫降低氣溫降低0.60.6。 當當0 00時，大氣不穩(wěn)定，有利于污染物時，大氣不穩(wěn)定，有利于污染物的擴散，減輕大氣污染對地面層的影響；的擴散，減輕大氣污染對地面層的影響； 當當=0=0時，大氣處于穩(wěn)定狀態(tài)，不利于時，大氣處于穩(wěn)定狀態(tài)，不利于污染物的擴散，污染物在煙囪高度附近累積污染物的擴散，污染物在煙囪高度附近累積; ; 當當00時，大氣處于逆溫狀態(tài)，煙囪高時，大氣處于逆溫狀態(tài)，煙囪高度至近地面層大氣污染嚴重。度至近地面

9、層大氣污染嚴重。2 2、輻射逆溫、輻射逆溫 是地面因強烈輻射而冷卻降溫所形成的。是地面因強烈輻射而冷卻降溫所形成的。 這種逆溫層多發(fā)生在距這種逆溫層多發(fā)生在距地面地面100100150m150m高度高度內(nèi)。內(nèi)。 最有利于輻射逆溫發(fā)展的條件是平靜而晴朗的夜最有利于輻射逆溫發(fā)展的條件是平靜而晴朗的夜晚。晚。 有云和有風都能減弱逆溫。有云和有風都能減弱逆溫。 風速超過風速超過 2-3 m/s2-3 m/s，逆溫就不易性形成。，逆溫就不易性形成。當當00時，稱為時，稱為逆溫氣層逆溫氣層, ,也叫輻射逆溫。也叫輻射逆溫。1 1、風和大氣湍流的影響、風和大氣湍流的影響A A、影響污染物在大氣中擴散的因素：

10、、影響污染物在大氣中擴散的因素： 風、湍流、濃度梯度；其中風和湍流對污染風、湍流、濃度梯度；其中風和湍流對污染物物在大氣中的擴散和稀釋在大氣中的擴散和稀釋起著起著決定作用。決定作用。風：風對大氣污染物的影響包括風向和風速，風：風對大氣污染物的影響包括風向和風速， 風向影響污染物的擴散方向，風速的大小風向影響污染物的擴散方向，風速的大小 決定污染物的擴散和稀釋狀況。若風速增加決定污染物的擴散和稀釋狀況。若風速增加 一倍，則下風向污染物濃度減小一一倍，則下風向污染物濃度減小一 半。半。三、影響大氣污染物遷移的因素三、影響大氣污染物遷移的因素湍流：是大氣以不同尺度做無規(guī)則運動的流體。湍流：是大氣以不

11、同尺度做無規(guī)則運動的流體。 污染物進入大氣，隨風做整體漂移，湍流的污染物進入大氣，隨風做整體漂移，湍流的 混合作用不斷將新鮮空氣卷入污染煙氣中，混合作用不斷將新鮮空氣卷入污染煙氣中， 或?qū)煔饩砣胄迈r空氣中，使污染物分散稀或?qū)煔饩砣胄迈r空氣中，使污染物分散稀 釋釋大氣污染物的擴散主要是靠大氣湍流作用。大氣污染物的擴散主要是靠大氣湍流作用。 風速越大，湍流越強，污染物的擴散速度就風速越大，湍流越強，污染物的擴散速度就 越快，污染物的濃度就越低。越快，污染物的濃度就越低。B B、摩擦層、摩擦層：可將對流層分為兩層，摩擦層和自由大氣層?？蓪α鲗臃譃閮蓪樱Σ翆雍妥杂纱髿鈱?。海拔高度低于海拔高度低

12、于1-2km1-2km的叫摩擦層，污染物主要的叫摩擦層，污染物主要 在摩擦層擴散。在摩擦層擴散。摩擦層以上的氣層為自由大氣層，天氣現(xiàn)象出摩擦層以上的氣層為自由大氣層，天氣現(xiàn)象出 現(xiàn)在此層?，F(xiàn)在此層。摩擦層里存在兩種亂流：摩擦層里存在兩種亂流：動力亂流動力亂流：也稱為湍流，起因于有規(guī)律水平運：也稱為湍流，起因于有規(guī)律水平運動的氣流遇到起伏不平的地形擾動所產(chǎn)生的；動的氣流遇到起伏不平的地形擾動所產(chǎn)生的；熱力亂流熱力亂流：又稱對流，起因于地表面溫度與地：又稱對流，起因于地表面溫度與地表面附近溫度不均一，近地面空氣受熱膨脹而上表面附近溫度不均一，近地面空氣受熱膨脹而上升，隨之上面的冷空氣下降，從而形成

13、對流。升，隨之上面的冷空氣下降，從而形成對流。兩種形式的亂流常并存。兩種形式的亂流常并存。鄭州出現(xiàn)“平流霧”黑色污染帶2 2、天氣形勢和地理形勢的影響、天氣形勢和地理形勢的影響A A、天氣形勢：、天氣形勢： 不利的天氣形勢和地形特征結合在一起常使大不利的天氣形勢和地形特征結合在一起常使大氣污染程度加重。如由于大氣壓分布不均勻，在氣污染程度加重。如由于大氣壓分布不均勻，在高壓區(qū)里存在下沉氣流，于是形成上熱下冷的逆高壓區(qū)里存在下沉氣流，于是形成上熱下冷的逆溫現(xiàn)象，稱溫現(xiàn)象，稱下沉逆溫下沉逆溫，具有持續(xù)時間長，分布廣，具有持續(xù)時間長，分布廣的特點，使污染物長時間的積累在逆溫層而不能的特點，使污染物長

14、時間的積累在逆溫層而不能擴散。世界上一些較大的大氣污染事件大多是在擴散。世界上一些較大的大氣污染事件大多是在這種天氣形勢下形成的。這種天氣形勢下形成的。 B、地理形勢地理形勢：不同地形地面之間的物理性質(zhì)差異引不同地形地面之間的物理性質(zhì)差異引起熱狀況在水平方向上分布不均勻。起熱狀況在水平方向上分布不均勻。這種熱力差異在弱的天氣系統(tǒng)條件下這種熱力差異在弱的天氣系統(tǒng)條件下就有可能產(chǎn)生局地環(huán)流：就有可能產(chǎn)生局地環(huán)流：海陸風海陸風、城城郊風郊風（城市熱島效應城市熱島效應）和）和山谷風山谷風 熱氣流上升冷氣流下降陸陸 地地海海 洋洋海陸風熱氣流上升冷氣流下降陸陸 地地海海 洋洋陸風海陸風海風熱氣流上升冷氣

15、流下降陸陸 地地海海 洋洋海風海陸風陸風郊區(qū)冷空氣熱島效應城市冷空氣郊區(qū)城郊風城郊風城郊風城郊風山谷風山谷風山谷風山谷風：谷風：谷風山谷風山谷風：山風：山風第二節(jié) 大氣中污染物的轉化 大氣中污染物的轉化是污染物在大氣中經(jīng)過大氣中污染物的轉化是污染物在大氣中經(jīng)過化學反應，如光解、氧化還原、酸堿中和以及聚化學反應，如光解、氧化還原、酸堿中和以及聚合等反應，轉化成無毒化合物，從而去除了污染合等反應，轉化成無毒化合物，從而去除了污染或者轉化成為毒性更大的二次污染物，加重污染。或者轉化成為毒性更大的二次污染物，加重污染。 大氣污染對人體健康的危害大氣污染對人體健康的危害 A、呼吸道吸入；、呼吸道吸入；

16、B、隨食物和飲水攝入；、隨食物和飲水攝入； C、體表接觸侵入。、體表接觸侵入。 1、大氣顆粒物、大氣顆粒物 4、氮氧化物、氮氧化物 5、光化學氧化劑、光化學氧化劑 3、一氧化碳、一氧化碳 2、二氧化硫、二氧化硫 顆粒物的大小決定其沉積于呼吸顆粒物的大小決定其沉積于呼吸道中的位置；道中的位置； 化學組成決定沉積化學組成決定沉積位置上對組織的影響。位置上對組織的影響。 損害肝臟。且由于損害肝臟。且由于SO2通常與通常與多種污染物共存，吸入之后多種污染物共存，吸入之后產(chǎn)生的復合作用危害更大。產(chǎn)生的復合作用危害更大。 NO2對呼吸器官有刺激性，可引起對呼吸器官有刺激性，可引起肺水腫、慢性支氣管炎等疾病

17、，若肺水腫、慢性支氣管炎等疾病，若與與SO2共存，則危害更重。共存，則危害更重。 所有大氣污染物中散布最廣的一所有大氣污染物中散布最廣的一種，嚴重阻礙血液輸氧，引起缺種，嚴重阻礙血液輸氧，引起缺氧中毒。氧中毒。 臭氧：對鼻子、咽喉、肺等呼臭氧：對鼻子、咽喉、肺等呼吸器官有刺激作用，運動時吸吸器官有刺激作用，運動時吸入則更嚴重。入則更嚴重。 一、光化學反應基礎一、光化學反應基礎1 1、光化學反應、光化學反應 ：分子、原子、自由基或離子吸收光子而分子、原子、自由基或離子吸收光子而發(fā)生的化學反應。發(fā)生的化學反應?；瘜W物種吸收光量子后可產(chǎn)生光化學反應的化學物種吸收光量子后可產(chǎn)生光化學反應的初級過程和次

18、級過程。初級過程和次級過程。A、初級過程：、初級過程： A + hv A* 式中：式中：A物種物種A的激發(fā)態(tài)；的激發(fā)態(tài)； hv光量子光量子隨后，激發(fā)態(tài)隨后，激發(fā)態(tài)A可能發(fā)生如下幾種反應：可能發(fā)生如下幾種反應：光物理過程光物理過程 A* A + h A* + M A + M 光化學過程光化學過程 A* B1 + B2 + A* + C D1 + D2 + 無輻射躍遷，無輻射躍遷，亦即碰撞失活亦即碰撞失活過程。激發(fā)態(tài)過程。激發(fā)態(tài)物種通過與其物種通過與其它分子它分子M碰撞，碰撞，將能量傳遞給將能量傳遞給M，本身又回到基本身又回到基態(tài)。態(tài)。光離解，即光離解，即激發(fā)態(tài)物種激發(fā)態(tài)物種離解成為兩離解成為兩個

19、或兩個以個或兩個以上新物種。上新物種。A與其它分子反應生成新的物種與其它分子反應生成新的物種輻射躍遷即激發(fā)態(tài)物種通過輻射熒光或磷光而失活輻射躍遷即激發(fā)態(tài)物種通過輻射熒光或磷光而失活B、次級過程：、次級過程：指在初級過程中反應物、生成物之間進一步指在初級過程中反應物、生成物之間進一步發(fā)生的反應。發(fā)生的反應。如大氣中氯化氫的光化學反應過程如大氣中氯化氫的光化學反應過程: HCl + hv H + Cl H + HCl H2 + Cl Cl + Cl Cl2 大氣中氣體分子的光解往往可引發(fā)許多大氣中氣體分子的光解往往可引發(fā)許多大氣化學反應，氣態(tài)污染物通?？蓞⑴c這些大氣化學反應，氣態(tài)污染物通常可參與這

20、些反應而發(fā)生轉化。反應而發(fā)生轉化。初級過程初級過程次級過程次級過程光化學定律光化學定律 光化學第一定律光化學第一定律：光子的能量大于化學鍵能時，光子的能量大于化學鍵能時，且分子對某特定波長的光且分子對某特定波長的光 要有特要有特征吸收光譜才能引起光離解反應征吸收光譜才能引起光離解反應。 光化學第二定律光化學第二定律：分子吸收光的過程是單光子過程，該定分子吸收光的過程是單光子過程，該定律的基礎是電子激發(fā)態(tài)分子的壽命很短，律的基礎是電子激發(fā)態(tài)分子的壽命很短，1010-8-8秒，在這樣短的時間內(nèi)，輻射強度比秒，在這樣短的時間內(nèi)，輻射強度比較弱的情況下，在吸收第二個光子的幾率較弱的情況下，在吸收第二個光子的幾率很小。很小。 光量子能量和化學鍵之間的對應關系：光量子能量和化學鍵之間的對應關系： E =h v = h c/ 式中：式中：E光量子能量；光量子能量； h 普朗克常數(shù)，普朗克常數(shù)，6.626