二氧化碳与温室效应

二氧化碳与温室效应

摘要通过气候变暖及生态系统变化的事例简述了温室效应的危害及其起源,并从生物技术、能源革新、大气污染控

制技术几个方面评述了近年来涌现出的二氧化碳控制技术的优缺点和发展前景。

关键词温室效应二氧化碳

引言

人类面临的环境问题很多,也很复杂。最近20多年来,臭氧层的损耗、温室效应加剧和全球性气候变化,酸雨等全球性环境问题日趋严重。使人类环境与经济可持续发展面临严峻的挑战。许多科学家担心,人类在改造地球的活动中影响最为深远的是地球的升温,因为它会使其他变化发展为突变。因此,温室效应的加剧是近年来引起国际争论的又一全球性环境污染热

门课题。李远哲教授1998年5月指出:随着人类社会对能源消耗的增加,我们过度依赖地球上千万年累积的石油，天然气等矿物燃料,燃烧结果产生二氧化碳、二氧化硫带来了温室效应、酸雨等全球性环境问题。世界自然基金组织公布了1999年度全球环境指数报告中指出:从1970年到1995年,全球环境指数约下降了30%,这意味着在短短的25年间,人类拥有的自然资源骤减了三成,消耗能源数量相当于过去一个世纪的总和。人类燃烧煤炭、石油、天然气和砍伐下来的树木,产生的大量可以蓄热的气体二氧化碳和甲烷进入大气层后引起地球升温,使碳循环失去平衡,改变了地球生物圈的能量转换形式。一批科学家在联合国组织召开的一次国际会议上预言说,如果人类继续按现在的速度排放二氧化碳,在21世纪的某一天,地球温度将升高约2-5℃

温室效应与温度效应的加剧燃料的燃烧会产生ＣＯ2和Ｈ2Ｏ,产生的ＣＯ2可溶解在雨水、江河、湖泊和海洋里,也可以被植物吸收进行光合作用等。产生和消耗的ＣＯ2量之间达到平衡,使大气层中ＣＯ2浓度保持一定的范围内。地球大气层中的ＣＯ2和水蒸气等允许部分太阳辐射(短波辐射)透过并达到地面,使地球表面温度升高。同时,由于ＣＯ2和Ｈ2Ｏ分子可以产生分子偶极矩改变的振动,故能吸收太阳和地球表面发出波长在2000纳米以上的长波辐射,仅让很少的一部分热辐射散失到宇宙空间。由于大气吸收的辐射热量多于散失的,最终导致地球和外层空间保持某种热量平衡,使地球维持相对稳定的气温,这种现象称为温室效应。温室效应是地球上生命赖以生存的必要条件。大气中温室效应气体ＣＯ2所引起的温室效应早已存在。如果不存在温室效应,据科学家计算,地球表面的温度大约在-18℃左右,而地球表面的实际年平均温度为15℃。自工业革命以来,大气中温室气体量增加,温室效应已增强。现在全球每年排入大气中的温室气体ＣＯ2总量估计为100-200亿吨,几乎全部来自矿物燃的燃烧,天然来源和ＣＯ的光化学氧化产生的ＣＯ2所占比例很少。大气中ＣＯ2浓度不断上升。1896年约为296ｐｐｍ,1960年约为320ｐｐｍ,据估计到2000年将增加到370ｐｐｍ。由于ＣＯ2温室效应增强,已经产生全球气候变暖的趋势。由联合国一些机构资助的政府间气候变化研究组织(ＩＰＣＣ)指出,如果矿物燃料的使用继续稳定增加,那么,到2050年全球年平均温度将达到16-19℃,超过以往的变暖速度而加速全球的变暖。当前人们议论的“温室效应”,实际上是温室效应的增强后引起地球升温的环境问题。

温室效应气体温室效应是由于温室气体急剧增加而引起的。温室效应气体主要有ＣＯ2、ＣＨ4、ＣＯ、ＣＦＣ(氟里昂)和Ｏ3(臭氧)等气体，大气中的温室效应气体在大气中的浓度(ｐｐｂｖ)每年平均增长率(%)二氧化碳(ＣＯ2)3440000.4甲烷(ＣＨ4)16501.0一氧化二氮(Ｎ2Ｏ)3040.25三氯乙烷(ＣＨＣｌ3)3040.25臭氧(Ｏ3)不定ＣＦＣ110.235.0ＣＦＣ120.45.0四氯化碳(ＣＣｌ)0.1251.0一氧化碳(ＣＯ)不定0.2具有温室效应的气体吸收地球红外辐射线的谱带范围为7000-18000ｎｍ,二氧化碳吸收辐射线的范围为12500-17000ｎｍ,透射到大气中的红外辐射约70-90%都是7000-13000ｎｍ范围内,所以二氧化碳对吸收红外辐射起了主要作用。其它具有温室效应的痕量气体也可吸收部分红外辐射。所以,地球今后的

气候取决于大气中的二氧化碳浓度以及其它痕量气体浓度增加的程度。2.1二氧化碳大气中的二氧化碳在所有生物中都起着重要作用。动物和人类呼出二氧化碳,而植物却吸收二氧化碳,生物可以把碳转化成它们需要的碳水化合物。在过去年代中,大气中的二氧化碳浓度有了很大的变化。1750年时,全球大气中的二氧化碳浓度为280ｐｐｍ。自1958年以来,在美国夏威夷的昌纳罗亚气象站连续监测了大气中的二氧化碳浓度变化。结果表明:1950-1984年,大气中的二氧化碳浓度增加了23%,这主要是燃烧矿物燃料所致,大量的森林破坏也是造成二氧化碳上升的原因之一。1985年在奥地利的韦拉契召开的温室效应国际会议上,联合国环境规划署、世界气象组织和国际科学同盟提出的报告认为,到2050年,二氧化碳的年排放量可能为100-200亿吨。一个全球性碳循环的模型预测值大气中的二氧化碳浓度是367-531ｐｐｍ。即是说,到2050年,二氧化碳的排放量比工业革命前要增长1.4-4.0倍。许多权威人士一致认为:二氧化碳的成倍增加会造成严重的气候恶化,这种恶化也许能够被未来的人类社会所接受。2.2其他温室气体近30年来的分析结果表明,除二氧化碳外,还有甲烷、一氧化二氮、氟里昂及其它具有强烈温室效应的气体,都在与日俱僧,对未来的气候将产生重要的影响。从分子的角度看,这些气体对远红外辐射的吸收远比二氧化碳更强烈,但由于它们在大气中的浓度远小于二氧化碳,因此对气候的影响比二氧化碳小,这些气体合在一起的作用与二氧化碳的作用大致相等。

3温室效应增强与气候变化预测今后气温的变化通常是利用计算机模型根据通过大气层的阳光与红外辐射来计算。计算机模型表明,如大气中二氧化碳浓度提高一倍,气温可能升高 1.5-4.5℃。气温升高数量值虽小但影响很大。在以往一万年中,平均气温变化还不到2℃。这表明如二氧化碳浓度翻一番,气温至少上升1.5℃,这会超近代历史的气温变化范围。到2030年,如果大气中二氧化碳浓度增加1倍,即由344ｐｐｍ增高到680ｐｐｍ,其它温室气体在约相当140ｐｐｍ二氧化碳的作用。把所有这些温室效应气体引起的气温上升加在一起,据最近三个计算机模型计算表明气温将上升3.5-4.2℃。气温变暖在北半球的高纬度地区的冬天最为明显,南半球气温变暖主要发生在南极洲。有一个模型预报出,欧洲大部分地区和北美气温升高4℃,撒哈拉升高5℃,在纬度60°地区内气温上升还要更多。各种计算机模型计算表明,气温升高后,降水量与土壤温度会起变化。在北纬30°与南纬30°之间的地区,总降水量会增加7-11%即赤道附近的年平均降水量增加,离赤道远的地区在某些年内降水量会减少。在北半球的中纬度地区,夏天的土壤会变得更加干燥。计算气温升高虽还有许多未知因素,但据最近以来对室温效应的研究指出,到2030年气温变暖是肯定的,变化最大范围在1-7℃,最有可能是1.5-4.5℃。

4 温室效应加剧对环境的影响与对策温室效应的加剧导致全球变暖,会对气候,生态及人类健康等诸多

方面带来影响。

4．1温室效应加剧对环境的影响(1)对沿海地区的影响①气温变暖使海平面上升温室效应增强,海水将会由于海温升高而膨胀,促使海平面上升。据统计,近百年来随着全球气温增高大约0.8℃,全球海平面大约上升了10-15ｃｍ。综合考虑海水膨胀,南北极和高山冰雪融化的前提下,当全球增暖1.5-4.5℃时,海平面可能上升20-165ｃｍ;如取中位,当全球增暖3℃时,海平面可能上升80ｃｍ。对世界沿海城市及数十个小岛国构成严重威胁……。②海平面上升对沿海地区的影响世界上大约有1/3的人口生活在沿海海岸线60ｋｍ范围以内。沿海地区的经济大多比较发达,世界上的许多大城市也都位于沿海江河入海口的附近,如美国的纽约,日本的东京,我国的上海等等。江河入海口附近的三角洲平原大多是富饶的鱼米之乡,经济繁荣。如我国的长江三角洲平原,珠江三角洲平原等等。海平面上升时,沿海地区将会造成沿海低地被淹没,海滩和海崖遭受侵蚀、农田土地盐碱性恶化、海水倒灌与洪水加剧、港口设备和海岸建筑遭损坏、影响航运、沿海水产养殖业受害影响巨大、破坏大中城市的供排水系统……等灾难性后果。(2)对农业和森林的影响①种植业种植业的生产对象是植物。温室气体增多对植物的影响主要通过两个途径:一是大气中的二氧化碳含量增多对植物光合作用的影响;二是温室效应引起的气候变暖所带来的影响。(Ａ)第一种影响二氧化碳是植物进行光合作用的基本原料,当大气中二氧化碳含量增高时,如果光、热、水、肥供给充分,可使大多数作物增产。二氧化碳增多对于世界粮食生产是有利的。(Ｂ)第二种影响气候增暖可能使作物的生长季节延长。据估计,夏季平均温度提高1℃,相当于生产季节延长10天,气温升高、生长季节延长的一个直接影响是使作物的分布区有可能的向北扩展。从世界上来说,所有农作物的种植区域都有向高纬度扩展的趋势。②林业和牧业全球增暖对林业和牧业的影响是多方面的。(Ａ)草木产量提高据估算,当二氧化碳浓度加倍时,北半球各纬度自然植被的产量都有一定幅度的提高大气中二氧化碳浓度加倍时,北半球各纬度