第三讲 全球变暖中的化学

（2）对生态的影响 北方森林向高纬度推进，将使森林面积从 现在的58％减到47％，荒漠将从21％扩展到 24％。另一方面，草原将从18％增加到29％， 苔原将从3%减少到零，又使人类增加了可利 用的土地。
（3）海平面上升
据估计若全球增温1.5 4.5℃时 据估计若全球增温1.5—4.5℃时，由于 1.5— 两极冰的融化、海水因升温而膨胀等， 两极冰的融化、海水因升温而膨胀等，海 平面将上升20 l65cm， 20— 平面将上升20—l65cm，从而使沿海城市和 海岛大片淹没，会影响全球1 海岛大片淹没，会影响全球1／3人口的生 活。 印度洋上的岛国马尔代夫共和国 印度洋上的岛国马尔代夫共和国是温室 马尔代夫共和国是温室 效应的最早受害者，1987年 效应的最早受害者，1987年，有1／3面积室效应的原因：
吸收的能量以热量的方式放出
CO2分子吸收红外光，发生短暂的振动，然后 分子吸收红外光，发生短暂的振动， (a) (b) (c) (d)四种振动中，只有 四种振动中， 四种振动中 只有(b) (c) (d)三种 三种 模式才能引起温室效应？ 模式才能引起温室效应？
②.增加碳隔离——植树造林，发展植物净化 增加碳隔离——植树造林 植树造林， 目前热带森林年损失1400万公顷、 目前热带森林年损失1400万公顷、每年从空气 1400万公顷 30年内造林10亿公顷 年内造林10亿公顷， 中就少吸收4亿吨CO 中就少吸收4亿吨CO2。若30年内造林10亿公顷，20 年后新增林地将可以吸收CO 200亿吨 亿吨， 年后新增林地将可以吸收CO2约200亿吨，达到阻滞 增长的目的。 CO2增长的目的。 ③．控制人口，提高粮产，限制毁林 控制人口，提高粮产， 不发达国家人口失控和发达国家无节制消费及短 期行为是造成温室灾害的重要原因之一， 期行为是造成温室灾害的重要原因之一，因而应在 全球推行控制人口数量，提高人口素质， 全球推行控制人口数量，提高人口素质，使人口发 展与环境和经济相适应。 展与环境和经济相适应。
d 推出节能家电，改进建筑保温。 推出节能家电，改进建筑保温。 e 利用废热、余热集中供暖，有利于城市和大型 利用废热、余热集中供暖， 企业改进燃料结构，可节能30％。 企业改进燃料结构，可节能30 30％。 f 改善能源结构、增加清洁能源比重 改善能源结构、 如太阳能、风能、核能、燃料电池、地热能、水 如太阳能、风能、核能、燃料电池、地热能、 力、海洋能、生物质能等。 海洋能、生物质能等。
地球能量平衡
温室保暖：来自太阳的短波辐射（500nm左右 温室保暖：来自太阳的短波辐射（500nm左右） 左右） 很容易通过玻璃将室内晒热， 很容易通过玻璃将室内晒热，而受热后的室内 辐射出来的红外线（4-100微米）却不易穿过 微米） 辐射出来的红外线（ 100微米 玻璃散射出去。 玻璃散射出去。
科学家估计，如果不存在温室效应，地表温度 科学家估计，如果不存在温室效应， 可能是－18℃左右， 可能是－18℃左右，而不是现在的实际年平 左右 均15℃(且变化不大)。这在太阳系中是绝无 15℃(且变化不大 且变化不大) 仅有的，金星表面温度为450℃ 450℃， 仅有的，金星表面温度为450℃，火星表面温 度可能为-10-30℃．且温度变化极大。 度可能为-10-30℃．且温度变化极大。
全球变暖中的化学
背景知识： 一 背景知识：
1 按照地球与太阳的距离来计算，地球的平均温 按照地球与太阳的距离来计算， 度为-18℃ 度为 ℃ 2 我们居住的这个蓝色星球年平均气温为15℃ 我们居住的这个蓝色星球年平均气温为 ℃
可以肯定地球大气层的气体在捕捉 太阳的热量
水蒸气：大气层中最丰富的温室气体 水蒸气：大气层中最丰富的温室气体——人类活动 人类活动 产生的水蒸气产生的影响可忽略 二氧化碳： 二氧化碳：是太阳长波红外辐射的高效吸收体 温室效应 由于大气吸收的辐射热量多，而散失少， 由于大气吸收的辐射热量多，而散失少， 结果升高了地球的气温，这种现象叫 结果升高了地球的气温， 做“温室效应”。 温室效应” 有利的，维持地球能量平衡！ 有利的，维持地球能量平衡！
人为因素： 人为因素：城市化、森林砍伐、过度放牧、土地不 合理使用、工业化与交通运输的高速发展引起大气 中的CO 中的CO2和其它微量气体浓度的变化等。
温室气体大量排放导致全球变暖
氟利昂－－一个氟利昂分子的温室效应是一个CO 氟利昂－－一个氟利昂分子的温室效应是一个 2分子 －－一个氟利昂分子的温室效应是一个 的几千万倍、 的几千万倍、 CH4：一个CH4分子是CO2的25倍、 一个 分子是 倍 N2O、O3等三十余种大气中的微量气体也会引起温室效应 、
同理
N O
N 不是温室气体 O
五 控制全球变暖的综合对策 全球变暖问题在以下几个方面有别于其他全球环境 问题： 问题： ①全球变暖问题主要是由CO2引起的，而CO2是由消 全球变暖问题主要是由CO 引起的， 费能源产生的，与人类生产的发展和生活水平的提 费能源产生的， 高有着密切关系，人类不易加以防止。 高有着密切关系，人类不易加以防止。 ②全球变暖问题具有很大的不确定性；厄尔尼诺 全球变暖问题具有很大的不确定性； 现象会使全球气候变暖， 现象会使全球气候变暖，昼夜间温差变小等尚无法 确切估计。对于C全球循环的机制等尚未澄清，因而 确切估计。对于C全球循环的机制等尚未澄清， 其解决方法也与其他环境问题有所不同。 其解决方法也与其他环境问题有所不同。
O原子的电荷密度比 原子的电荷密度比C大 负电荷集中在两个O原子 解：O原子的电荷密度比C大，负电荷集中在两个O原子 当发生振动时O原子上的电子分度将发生改变 上，当发生振动时 原子上的电子分度将发生改变 因为在（ ） 因为在（a）中
由于CO2 分子是直线性，结构对称，两个 分子是直线性，结构对称，两个O 由于 的振动方向相反， 的振动方向相反，引起的电荷分布的改变相互 抵消了， 抵消了，所以不产生热量
二 增强的温室效应
归纳近一百多年来全球气温变化的特点是： 归纳近一百多年来全球气温变化的特点是：①全球 气温上升趋势明显，平均约上升0.6℃ 0.6℃； 气温上升趋势明显，平均约上升0.6℃；②全球气 温变化不呈直进式， 温变化不呈直进式，而是呈现冷暖交替的波动
引起气温变化的原因是多方面的： 引起气温变化的原因是多方面的： 自然因素： 自然因素：太阳活动、陆地形态变化、尼尔尼诺现象、 地表反照率变化等
年份 CO2浓度 cm3/m3空气 年增长率
1880 248
1960 314
1971 330 0.4％ 0.4％
1988 350
大气中CO 浓度急剧增加的原因有两个： 大气中CO2浓度急剧增加的原因有两个： （1）随着工业的飞速发展和人口剧增，人类消耗 随着工业的飞速发展和人口剧增， 矿物燃料激增 增大了燃烧产物的排放； 激增， 的矿物燃料激增，增大了燃烧产物的排放； 森林的毁坏， （2）大片森林的毁坏，一方面使森林吸收的CO2大 大片森林的毁坏 一方面使森林吸收的CO 量减少(1公顷森林每天能吸收1000kgC0 (1公顷森林每天能吸收 量减少(1公顷森林每天能吸收1000kgC02)，另一 方面烧毁森林时又释放大量的CO 烧毁森林时又释放大量的 方面烧毁森林时又释放大量的CO2。
控制温室气体剧增的基本对策： 控制温室气体剧增的基本对策：
①调整能源战略 a 提高现有能源利用率 采用高效能转化设备，减少原煤直接燃烧， 采用高效能转化设备，减少原煤直接燃烧，而 使用城市用燃气、电力等清洁能源的消费形式。 使用城市用燃气、电力等清洁能源的消费形式。 b 加强工业企业的技术改造，采用低耗能工艺， 加强工业企业的技术改造，采用低耗能工艺， 如新法炼钢可节能l 如新法炼钢可节能l／2。 c 改进运输，降低油耗。 改进运输，降低油耗。
科学家的观点： 科学家的观点：
大多数学者认为温室气体的增多是百年来全球变暖 的主要原因。预计在未来的50年里大气中CO 50年里大气中 的主要原因。预计在未来的50年里大气中CO2再升高 30％，将使中纬度地区平均温度升高 30％，将使中纬度地区平均温度升高2—3℃，极地 ％，将使中纬度地区平均温度升高2 3℃， 升高6 10℃，全球性的气候变暖。 升高6到10℃，全球性的气候变暖。
④．加强环境意识教育，促进国际合作 加强环境意识教育，
1997年 161个国家在日本东京共同签订了 1997年，161个国家在日本东京共同签订了《京 个国家在日本东京共同签订了《 都议定书》以控制温室气体的浓度在环保水平。 都议定书》以控制温室气体的浓度在环保水平。
但为了经济发展，很多国家已经背离了京 都议定书，所以形势依然很严峻！
作业： 作业：
以下是水分子的3种振动模式， 以下是水分子的 种振动模式，设想原子有弹簧似的 种振动模式 化学键相连，请指出那种振动模式会产生温室效应？ 化学键相连，请指出那种振动模式会产生温室效应？ 为什么？ 为什么？
（a）
（b）
（c） ）
从O原子的电荷密度分布考虑，有没变化？ 原子的电荷密度分布考虑，有没变化？
四 分子振动与温室效应
太阳光中红外光会使分子的共价键发生振动， 太阳光中红外光会使分子的共价键发生振动，分 子必须吸收与振动能相等的光子， 子必须吸收与振动能相等的光子，才会发生振动
(a) (b)
(c)
(d)
(a) 和（b）是伸缩振动，（c）和（d）是弯曲振动 是伸缩振动，（ 激发分子振动所需要的能量（ ） ）＞（a） 激发分子振动所需要的能量（c）和（d）＞（ ） ）＞（ 和（b） ）
三 全球变暖及其对人类的影响
全球变暖导致非洲最高山峰冰雪融化
年升温4 （1）气候发生变化 ）气候发生变化——1960-2030年升温 °C 年升温 干旱，洪水，飓风，台风， 干旱，洪水，飓风，台风，热带风暴等
我国把冬季1 我国把冬季1月0℃等温线作为副热带北界，目前约处于秦 等温线作为副热带北界， 岭、淮河—带。研究表明，如果气候增暖，副热带北界将 淮河— 研究表明，如果气候增暖， 推移到黄河以北，在冬季，徐州、郑州一带气温将与现在 推移到黄河以北，在冬季，徐州、 的杭州、武汉相似。 的杭州、武汉相似。 高纬度地区增暖幅度较大，温度带北移可超过10个纬度 个纬度。 高纬度地区增暖幅度较大，温度带北移可超过10个纬度。 据估计，接近北极圈的冰岛气候可能会类似于现在的苏格 据估计， 兰北部。 兰北部。
为什么CO2、H2O、CH4等会增强温室效应， 等会增强温室效应， 为什么 、 而空气中的O 则不会？ 而空气中的 2和N2则不会？
化学的角度： 化学的角度：分子的形状不同 双原子分子： 直线结构 双原子分子： 多原子分子： 多原子分子：由价键理论推断 例如： CO2 直线性 O3 “V”型 H2O “V”型 CH4 四面体
由于于影响气候因素的复杂性、多重性， 由于于影响气候因素的复杂性、多重性，有些学者 对未来气候变暖的观点仍存异议。 对未来气候变暖的观点仍存异议。也有的学者认为 世界气候将变冷，如美国学者R．A．Btysom认为， Btysom认为， 世界气候将变冷，如美国学者R 认为 地球目前正在非常缓慢地进入另一个大冰河期。 地球目前正在非常缓慢地进入另一个大冰河期。