何強(qiáng)環(huán)境學(xué)導(dǎo)論課件-全球

15全球性大氣環(huán)境問題的形成機(jī)制及其防治對(duì)策15.1全球變暖與防治對(duì)策15.2臭氧層破壞與防治對(duì)策15.3酸沉降與防治對(duì)策

思考題與習(xí)題環(huán)境學(xué)導(dǎo)論15.1全球變暖與防治對(duì)策

聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署將“警惕全球變暖”定位1989年“世界環(huán)境日”的主題，從而引起了全世界的注意。1.近百年來的全球氣候2.溫室效應(yīng)與溫室氣體3.全球變暖對(duì)人類的影響4.控制全球變暖的綜合對(duì)策返回目錄

1.近百年來的全球氣候

全球平均地表溫度經(jīng)歷了冷－暖－冷兩次波動(dòng)，總的趨勢是上升的。近一百年來全球氣溫變化的特點(diǎn)歸納如下：全球氣溫上升趨勢明顯，平均大約上升0.6℃全球氣溫的變化不呈直進(jìn)式，而是呈冷暖交替的波動(dòng)2.溫室效應(yīng)與溫室氣體1）.溫室效應(yīng)

地球大氣有類似玻璃溫室的溫室效應(yīng)，其作用的加劇是當(dāng)今全球變暖的主導(dǎo)因素。Why?6000k288k太陽光組成：紅外光50%；可見光40%；紫外光10%；其余部分1%；名稱現(xiàn)有濃度/ppm估計(jì)年增長率/％CO23500.4平流層臭氧0.1～10（隨高度變化）-0.5對(duì)流層臭氧0.02～0.1（隨高度變化）0～0.7CH41.71～2N2O0.30.2CO0.120.2氟里昂CFC110.23×10－35.0氟里昂CFC120.4×10－35.0表大氣中溫室氣體的現(xiàn)有濃度和增長率2）

溫室氣體溫室氣體可以讓太陽短波輻射自由通過，同時(shí)吸收地面發(fā)出的長波輻射，當(dāng)它們?cè)诖髿庵械臐舛仍黾訒r(shí)，就會(huì)加劇溫室效應(yīng)，引起地球表面和大氣層下沿溫度升高。它們主要有二氧化碳、臭氧、甲烷、氟里昂、一氧化二氮等。圖15-3

溫室氣體的吸收帶7500~13000nm12500~17000nm3）.溫室氣體的濃度變化與地球變暖趨勢

自然因子包括太陽活動(dòng)、陸地形態(tài)變化、地表反照率變化等人為因子指人類社會(huì)活動(dòng)對(duì)氣候的影響，如城市化、森林砍伐、過度放牧、土地不合理利用，以及由于工業(yè)化引起氣溫變化的因子A.二氧化碳大氣中二氧化碳濃度急劇增加的原因：1.工業(yè)化發(fā)展和人口劇增；2.大片森林的毀壞。

注意：a.實(shí)際的氣候變化不會(huì)在二氧化碳濃度加倍時(shí)立即出現(xiàn)；

b.未來全球變暖是指長期趨勢而言的。B.其他溫室氣體甲烷的溫室效應(yīng)比二氧化碳大20倍，因此它的濃度持續(xù)增長也是不容忽視的。

氟氯烴（氟里昂）已稱為溫室效應(yīng)的第二大促成因素，僅次于二氧化碳。表大氣中溫室氣體的現(xiàn)有濃度和增長率名稱現(xiàn)有濃度/ppm估計(jì)年增長率/％CO23500.4平流層臭氧0.1～10（隨高度變化）-0.5對(duì)流層臭氧0.02～0.1（隨高度變化）0～0.7CH41.71～2N2O0.30.2CO0.120.2氟里昂CFC110.23×10－35.0氟里昂CFC120.4×10－35.01、海平面上升：低地被淹，海岸被沖蝕，排洪不暢，土地鹽漬化，海水倒灌等。2、氣候帶移動(dòng)：包括溫度帶的移動(dòng)和降水帶的移動(dòng)。3、對(duì)農(nóng)業(yè)的影響：世界糧食生產(chǎn)的穩(wěn)定性和分布狀況的改變，農(nóng)產(chǎn)品貿(mào)易模式的變化。3.全球變暖可能產(chǎn)生的影響未來海平面變化的預(yù)測預(yù)測者預(yù)測年份上升量（cm）世界氣象組織（WMO）202520~140Mercer2030500日本環(huán)境廳203026~165Bloom2030100歐洲共同體21世紀(jì)20~165Barth&Titus202513~55聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署（UNEP）21世紀(jì)末654、對(duì)生物多樣化產(chǎn)生影響4控制全球變暖的對(duì)策主要是控制CO21、排放控制對(duì)策：控制化石燃料消耗，以抑制CO2的排放；2、固定化對(duì)策：使已生成的CO2變?yōu)槠渌镔|(zhì)，以防止其向大氣中排放；3、加強(qiáng)環(huán)境意識(shí)教育，促進(jìn)全球合作:《京都議定書》控制溫室氣體劇增的基本對(duì)策有：1）.調(diào)整能源戰(zhàn)略

節(jié)能降耗、采用新能源

15.2臭氧層破壞與防治對(duì)策

臭氧層損耗是當(dāng)前又一個(gè)人們普遍關(guān)注地全球性大氣環(huán)境問題，因?yàn)樗瑯又苯雨P(guān)系到生物圈的安危與人類的生存，需要全世界共同采取行動(dòng)。1.臭氧層變化與臭氧洞2.臭氧層破壞的原因3.臭氧層的變化對(duì)人類的影響4.拯救臭氧層返回目錄1.臭氧層變化與臭氧洞1）臭氧分布（圖）

臭氧的生成機(jī)制O2+hγ

(λ<240nm)

O+OO2+OO32）臭氧層的作用：（圖）

太陽光組成：紅外光50%；可見光40%；紫外光10%；其余部分1%；太陽光中的紫外線輻射，紫外線輻射按照其波長的不同，可劃分為UV-A（315~400nm）、UV-B（280~315nm）和UV-C（280nm以下）三個(gè)波段，特別是UV-B輻射對(duì)生物有較大的傷害。而阻擋UV-B輻射的就是臭氧。

臭氧的保護(hù)機(jī)制2O3+hγ

3O2

目前已有多種技術(shù)用于測定臭氧的濃度?？偝粞趿坑玫孛?zhèn)鞲衅骱托禽d傳感器測定。動(dòng)畫主要的CFCs是：

CFC-11一氟三氯甲烷CCl3F

CFC-12二氟二氯甲烷CCl2F2CFC-22二氟氯甲烷CHC1F2CFC-113三氟三氯乙烷C2Cl3F3CFCs的形式?jīng)Q定了它們對(duì)臭氧層的危害程度。含H的CFCs比不含H的降解得快，對(duì)平流層臭氧威脅較小，而像C2H4F2（CFC152a）類不含氯溴的CFCs則對(duì)平流層臭氧威脅更小，甚至不構(gòu)成威脅。2臭氧層破壞的原因X+O3

XO+O2XO+OX+O2催化劑X＝凈反應(yīng)為：一個(gè)氯原子能破壞近10萬個(gè)臭氧分子在平流層內(nèi)存在著O、O2和O3的平衡，而O3與氮氧化物、氯、溴及其它各種活性基團(tuán)的作用會(huì)破壞這種化學(xué)平衡。其他某些人造化學(xué)物質(zhì)也會(huì)對(duì)臭氧層有很大威脅，如哈龍（Halons）是一種滅火器里的化學(xué)物質(zhì)，雖然其產(chǎn)量相對(duì)較少，但它含有溴，因而可能是更能影響臭氧耗竭的物質(zhì)；而且，哈龍?jiān)诖髿庵械膲勖埠荛L。3臭氧層破壞的危害1）對(duì)人體健康的影響：破壞DNA，皮膚病，白內(nèi)障等2）對(duì)陸生植物的影響：產(chǎn)量和質(zhì)量下降，間接影響3）對(duì)材料的影響：加速老化4）對(duì)水生生態(tài)系統(tǒng)的影響：降低生產(chǎn)力，影響幼體（如圖）臭氧層破壞對(duì)人類健康的影響4.臭氧層的保護(hù)主要是控制CFCS的使用。1）.提高利用率，降低操作損失2）.回收與再循環(huán)3）.改進(jìn)CFCs產(chǎn)品4）.非CFCs產(chǎn)品的替代品

1990年6月第二次締約國會(huì)議提出了現(xiàn)行控制物質(zhì)生產(chǎn)量及消費(fèi)量削減的新的時(shí)間表，如下圖：主要是控制CFCS的使用。目前各國都在加緊替代物品的開發(fā)，從長遠(yuǎn)看，采用生物圈中固有的、對(duì)環(huán)境不起任何破壞作用的物質(zhì)是制冷劑發(fā)展的方向。1985年《保護(hù)臭氧層維也納公約》1987年《關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書》1999年11月29日《北京宣言》SO2H2O硫酸鹽被O、O2、O3氧化光化學(xué)氧化催化劑天然源人為源海浪飛濺干沉降濕沉降圖硫化合物在大氣中的轉(zhuǎn)化過程

15.3酸沉降與防治對(duì)策

酸沉降的科學(xué)概念包括“濕沉降”和“干沉降”。濕沉降通常指pH低于5.6的降水，包括雨、雪、霜、雹、霧和露等各種降水形式；干沉降指大氣中所有酸性物質(zhì)轉(zhuǎn)移到大地的過程。目前，人們對(duì)酸雨的研究較多，已將酸沉降與酸雨的概念等同起來。1.酸雨現(xiàn)象及其發(fā)展2.酸雨的來源與形成3.酸雨的危害4.防治酸雨的對(duì)策返回目錄環(huán)境學(xué)導(dǎo)論1.酸雨現(xiàn)象及其發(fā)展酸雨（acidrain）一詞最早出現(xiàn)在1872年英國化學(xué)家史密斯所著的《空氣和降雨：化學(xué)氣候?qū)W的開端》一書中。

1972年于斯德哥爾摩召開的第一次人類環(huán)境會(huì)議上，瑞典人BertBolin等向大會(huì)做了題為“跨越國境的空氣污染，空氣和降水中硫?qū)Νh(huán)境的影響”的報(bào)告，提出了湖泊受到酸雨污染，嚴(yán)重威脅生態(tài)，如不采取措施，將會(huì)對(duì)環(huán)境造成災(zāi)難性影響。進(jìn)入20世紀(jì)80年代后，酸雨的危害更加嚴(yán)重，并且擴(kuò)展到了世界范圍。原先多發(fā)生在北歐國家的酸雨已擴(kuò)展到中歐和東歐，而且程度也更嚴(yán)重。酸雨還已擴(kuò)大到發(fā)展中國家，其中一些地區(qū)的土壤酸化程度已經(jīng)能夠使森林遭到破壞。我國對(duì)酸雨的監(jiān)測與研究起步較晚，1979年開始在北京上海等地開展。2002年酸雨控制區(qū)內(nèi)109個(gè)城市，pH小于或等于5.6的城市79個(gè)，占監(jiān)測城市數(shù)的72.5％。pH最小為4.04。2.酸雨的來源與形成降水的酸度是由酸性和堿性化學(xué)物質(zhì)間的平衡決定的。大氣中可能形成酸的物質(zhì)是：含硫化合物、含氮化合物及氯化物、HCl等。通常認(rèn)為主要的成酸基質(zhì)是SO2和NOx，其形成的酸占酸雨中的總酸量因地而異。國外酸雨中硫酸與硝酸之比為2:1，我國酸雨以硫酸為主，硝酸含量不足10％。1）天然排放的硫化合物與氮化合物含硫化合物與含氮化合物的天然排放源可分為非生物源和生物源。非生物源排放包括海浪濺沫、地?zé)崤欧艢怏w與顆粒物、火山噴發(fā)等；生物源排放主要來自有機(jī)物腐敗、細(xì)菌分解有機(jī)物的過程，以排放H2S、DMS、COS為主，它們可以氧化為SO2而進(jìn)入大氣。全球天然源硫排放量估計(jì)為5000kt/a，全球天然源天然源氮排放量，由于閃電造成的NOx很難測定而較難估算準(zhǔn)確。2）人為排放的硫化合物與氮氧化物大氣中大部分硫和氮的化合物是由人為活動(dòng)產(chǎn)生的，而化石燃料燃燒造成的SO2與NOx排放，是產(chǎn)生酸雨的根本原因。由于燃燒化石燃料及施放農(nóng)田化肥，全球每年約有0.7～0.8億t氮進(jìn)入自然界，同時(shí)向大氣排放約1億t硫。近一個(gè)多世紀(jì)以來，全球SO2排放一直在上升，見右圖：

我國的能源消耗以燃煤為主，在能源中約占70％，因此，我國酸沉降主要來自SO2。環(huán)境學(xué)導(dǎo)論3）酸雨的形成硫化合物與氮化合物進(jìn)入大氣后，要經(jīng)歷擴(kuò)散、轉(zhuǎn)化、輸運(yùn)以及被雨水吸收、洗刷、清除等過程。氣態(tài)的NOx、SO2在大氣中可以氧化成不易揮發(fā)的硝酸和硫酸，并溶于云滴或雨滴中成為降水成分。（1）SO2氧化途徑在清潔干燥的大氣中，SO2氧化為SO3的速度很慢，但由于其常常于塵埃、煙霧同時(shí)排放，而且接觸氧化作用是SO2轉(zhuǎn)化的主要途徑。其總反應(yīng)式為：

SO2在大氣中也會(huì)通過光化學(xué)也會(huì)而轉(zhuǎn)變?yōu)镾O3，繼而生成H2SO4。如果含有SO2的大氣還含有氮氧化物和碳?xì)浠衔?，在陽光照射下，SO2的光氧化速率會(huì)明顯加快。（圖）（2）NOx氧化途徑造成大氣污染的氮化合物通常指NO和NO2。

NO的氧化可以有以下兩條途徑：a.NO氧化成NO2（該反應(yīng)反應(yīng)迅速）

b.NO氧化成HONO（亞硝酸）和HNO3

NO2的氧化也有兩條途徑：

a.大氣中的NO2于氫氧自由基作用，可轉(zhuǎn)化為HONO2

b.NO2轉(zhuǎn)化為過氧化乙?；跛狨ズ瓦^氧硝酸（HO2NO2）

PAN環(huán)境學(xué)導(dǎo)論NO、NO2N2O硝酸銨鹽天然源人為源干沉降濕沉降圖氮化合物在大氣中的遷移過程天然源天然源NH3環(huán)境學(xué)導(dǎo)論2002年我國酸雨分布返回環(huán)境學(xué)導(dǎo)論酸雨污染致使魚類死亡環(huán)境學(xué)導(dǎo)論受酸雨腐蝕的水稻環(huán)境學(xué)導(dǎo)論圖受酸雨腐蝕的自由女神像環(huán)境學(xué)導(dǎo)論3.酸雨的危害1）酸雨對(duì)水生生態(tài)系統(tǒng)的影響酸雨危害水生生態(tài)系統(tǒng)，一方面是通過湖水pH值降低導(dǎo)致魚類死亡，另一方面是由于酸雨浸漬了土壤，侵蝕了礦物，使鋁元素沿著基巖裂縫流入附近的水體，影響水生生物生長或使其死亡；同時(shí)，對(duì)浮游植物和其他水生植物起營養(yǎng)作用的磷酸鹽，由于附著在鋁上，難于被生物吸收，其營養(yǎng)價(jià)值就會(huì)降低，使賴以生存的水生生物的初級(jí)生產(chǎn)力降低。2）酸雨對(duì)陸生生態(tài)系統(tǒng)的影響酸雨對(duì)森林的危害，以致影響整個(gè)陸生生態(tài)系統(tǒng)。