何强环境学导论课件-全球

A. 二氧化碳 大气中二氧化碳浓度急剧增加的原因： 1. 工业化发展和人口剧增； 2. 大片森林的毁坏。

注意： a. 实际的气候变化不会在二氧化碳浓度加倍时立 即出现； b. 未来全球变暖是指长期趋势而言的。

B. 其他温室气体 甲烷的温室效应比二氧化碳大20倍，因此它的 浓度持续增长也是不容忽视的。 氟氯烃（氟里昂）已称为温室效应的第二大促 成因素，仅次于二氧化碳。
1. 臭氧层变化与臭氧洞
1）臭氧分布（图）
臭氧的生成机制

O2 + hγ (λ<240nm)
O2 + O O3
O + O

2）臭氧层的作用：（图）
太阳光组成：红外光50%；可见光40%； 紫外光10%；其余部分1%； 太阳光中的紫外线辐射，紫外线辐射按照其波长的不 同，可划分为UV-A（315~400nm）、UV-B（280~315nm）
1. 2. 3. 4.
酸雨现象及其发展 酸雨的来源与形成 酸雨的危害 防治酸雨的对策
环境学导论
1. 酸雨现象及其发展
酸雨（acid rain）一词最早出现在1872年英国化学家史密
斯所著的《空气和降雨：化学气候学的开端》一书中。 1972年于斯德哥尔摩召开的第一次人类环境会议上，瑞典
人Bert Bolin等向大会做了题为“跨越国境的空气污染，空气和
和UV-C（280nm以下）三个波段，特别是UV-B辐射对生
物有较大的伤害。而阻挡UV-B辐射的就是臭氧。
臭氧的保护机制

2O3 + hγ
3O2
目前已有多种技术用于测定臭氧的浓度。总臭氧量用地 面传感器和星载传感器测定。 动画
2臭氧层破坏的原因
主要的CFCs是： CFC-11 CFC-12 CFC-22 一氟三氯甲烷 CCl3F 二氟二氯甲烷 CCl2F2 二氟氯甲烷 CHC1F2
降水中硫对环境的影响”的报告，提出了湖泊受到酸雨污染，严 重威胁生态，如不采取措施，将会对环境造成灾难性影响。
进入20世纪80年代后，酸雨的危害更加严重，并且扩展到
了世界范围。原先多发生在北欧国家的酸雨已扩展到中欧和东 欧，而且程度也更严重。酸雨还已扩大到发展中国家，其中一 些地区的土壤酸化程度已经能够使森林遭到破坏。 我国对酸雨的监测与研究起步较晚，1979年开始在北京上 海等地开展。2002年酸雨控制区内109个城市，pH小于或等于 5.6的城市79个，占监测城市数的72.5％。pH最小为4.04。
2）人为排放的硫化合物 与氮氧化物 大气中大部分硫和氮的化合物是由人为活动产生的，而化 石燃料燃烧造成的SO2与NOx排放，是产生酸雨的根本原因。 由于燃烧化石燃料及施放农田 化肥，全球每年约有0.7～0.8 亿t 氮进入自然界，同时向大气排放约 1 亿t 硫。 近一个多世纪以来，全球SO2 排放一直在上升，见右图：
净反应为： 催化剂X＝
在平流层内存在着O、O2和O3的平衡，而O3与氮氧化物、 氯、溴及其它各种活性基团的作用会破坏这种化学平衡。
其他某些人造化学物质也会对臭氧层有很大威胁，如哈 龙（Halons）是一种灭火器里的化学物质，虽然其产量相对 较少，但它含有溴，因而可能是更能影响臭氧耗竭的物质； 而且，哈龙在大气中的寿命也很长。
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b. NO2转化为过氧化乙酰基硝酸酯和过氧硝酸（HO2NO2）
PAN
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N2O
NO、 NO2
人 为 源 天 然 源
硝酸 铵盐
干 沉 降 湿 沉 降
天 然 源
NH3
天 然 源
图 氮化合物在大气中的迁移过程
2002年我国酸雨分布
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酸雨污染致使鱼类死亡
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SO2在大气中也会通过光化学也会而转变为SO3，继而生 成H2SO4。如果含有SO2的大气还含有氮氧化物和碳氢化合 物，在阳光照射下，SO2的光氧化速率会明显加快。（图）
（2）NOx氧化途径 造成大气污染的氮化合物通常指NO和NO2。 NO的氧化可以有以下两条途径： a. NO氧化成NO2 （该反应反应迅速） b. NO氧化成HONO（亚硝酸）和HNO3 NO2的氧化也有两条途径： a. 大气中的NO2于氢氧自由基作用，可转化为HONO2
表
名 称 CO2
大气中温室气体的现有浓度和增长率
现有浓度/ppm 350 0.1～10（随高度变化） 0.02～0.1（随高度变化） 1.7 0.3 0.12 0.23×10－3 0.4×10－3 估计年增长率/％ 0.4 -0.5 0～0.7 1～2 0.2 0.2 5.0 5.0
平流层臭氧 对流层臭氧 CH4 N2 O CO 氟里昂CFC11 氟里昂CFC12
4、对生物多样化产生影响
4 控制全球变暖的对策
主要是控 制CO2
1、排放控制对策：控制化石燃料消耗，以抑制CO2的排 放； 2、固定化对策：使已生成的CO2变为其他物质，以防 止其向 大气中排放； 3、加强环境意识教育，促进全球合作: 《京都议定书》
控制温室气体剧增的基本对策有： 1）. 调整能源战略
我国的能源消耗以燃煤为主， 在能源中约占70％，因此，我国 酸沉降主要来自SO2。
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3）酸雨的形成 硫化合物与氮化合物进入大气后，要经历扩散、转化、 输运以及被雨水吸收、洗刷、清除等过程。气态的NOx、 SO2在大气中可以氧化成不易挥发的硝酸和硫酸，并溶于云 滴或雨滴中成为降水成分。 （1）SO2氧化途径 在清洁干燥的大气中，SO2氧化为SO3的速度很慢，但 由于其常常于尘埃、烟雾同时排放，而且接触氧化作用是 SO2转化的主要途径。其总反应式为：
主要是控制CFCS的使用。 目前各国都在加紧替代物品的开发，从长远看，采用生物圈中固有的 、对环境不起任何破坏作用的物质是制冷剂发展的方向。 1985年《保护臭氧层维也纳公约》 1987年《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》 1999年11月29日《北京宣言》
1990年6月第二次缔约国会议提出了现行控制物质生产量 及消费量削减的新的时间表，如下图：
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15 全球性大气环境问题的形成 机制及其防治对策

15.1 全球变暖与防治对策Hale Waihona Puke Baidu

15.2 臭氧层破坏与防治对策
15.3 酸沉降与防治对策 思考题与习题

15.1 全球变暖与防治对策
联合国环境规划署将“警惕全球变暖”定位 1989年“世界环境日”的主题，从而引起了全世 界的注意。
1. 2. 3. 4. 近百年来的全球气候 温室效应与温室气体 全球变暖对人类的影响 控制全球变暖的综合对策
1. 近百年来的全球气候 全球平均地表温度经历了冷－暖－冷两次波动，总的 趋势是上升的。
近一百年来全球气温变化的特点归纳如下： a. 全球气温上升趋势明显，平均大约上升0.6℃ b. 全球气温的变化不呈直进式，而是呈冷暖交替的波动
2. 温室效应与温室气体
1）. 温室效应
地球大气有类似玻璃温室的温室效应，其作用的加剧是 当今全球变暖的主导因素。
2. 酸雨的来源与形成 降水的酸度是由酸性和碱性化学物质间的平衡决定的。 大气中可能形成酸的物质是：含硫化合物、含氮化合物及氯 化物、HCl等。通常认为主要的成酸基质是SO2和NOx，其 形成的酸占酸雨中的总酸量因地而异。国外酸雨中硫酸与硝 酸之比为2:1，我国酸雨以硫酸为主，硝酸含量不足10％。 1）天然排放的硫化合物与氮化合物 含硫化合物与含氮化合物的天然排放源可分为非生物源 和生物源。非生物源排放包括海浪溅沫、地热排放气体与颗 粒物、火山喷发等；生物源排放主要来自有机物腐败、细菌 分解有机物的过程，以排放H2S、DMS、COS为主，它们 可以氧化为SO2而进入大气。全球天然源硫排放量估计为 5000kt/a，全球天然源天然源氮排放量，由于闪电造成的 NOx很难测定而较难估算准确。
表 名 称 CO2 大气中温室气体的现有浓度和增长率 现有浓度/ppm 350 估计年增长率/％ 0.4
平流层臭氧
对流层臭氧 CH4
0.1～10（随高度变化）
0.02～0.1（随高度变化） 1.7
-0.5
0～0.7 1～2
N2O
CO
0.3
0.12
0.2
0.2
氟里昂CFC11
氟里昂CFC12
0.23×10－3
1999年世界上一些国家二氧化碳的人均排放量
15.2 臭氧层破坏与防治对策
臭氧层损耗是当前又一个人们普遍关注地 全球性大气环境问题，因为它同样直接关系 到生物圈的安危与人类的生存，需要全世界 共同采取行动。
1. 2. 3. 4. 臭氧层变化与臭氧洞 臭氧层破坏的原因 臭氧层的变化对人类的影响 拯救臭氧层
H2O
被O、O2、O3
氧化
SO2
催化剂 光化学氧化
硫酸 盐
天 然 源
人 为 源
海 干 湿 浪 沉 沉 飞 降 降 溅
图 硫化合物在大气中的转化过程
15.3 酸沉降与防治对策
酸沉降的科学概念包括“湿沉降”和“干沉降”。湿沉降通 常指pH低于5.6的降水，包括雨、雪、霜、雹、雾和露等各 种降水形式；干沉降指大气中所有酸性物质转移到大地的过 程。目前，人们对酸雨的研究较多，已将酸沉降与酸雨的概 念等同起来。
节能降耗、采用新能源
CO 2 排放量/亿t
60 50 40 30 20 10 0
美国
中国
日本
德国
印度
英国
法国
波兰
俄罗斯
乌克兰
加拿大
意大利
墨西哥
1996-1997年间从矿物燃料中排放二氧化碳积聚量最多的几个国家
哈萨克斯 坦
南非
CO 2 人均排放量/t
10 15 20 25 0 5
美国 加拿大 新加坡 英国 日本 南非 乌克兰 意大利 法国 德国 俄罗斯 墨西哥 中国 印度
受酸雨腐蚀的水稻
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图 受酸雨腐蚀的自由女神像
3. 酸雨的危害 1）酸雨对水生生态系统的影响 酸雨危害水生生态系统，一方面是通过湖水pH值降低导 致鱼类死亡，另一方面是由于酸雨浸渍了土壤， 侵蚀了矿 物，使铝元素沿着基岩裂缝流入附近的水体，影响水生生物 生长或使其死亡；同时，对浮游植物和其他水生植物起营养 作用的磷酸盐，由于附着在铝上，难于被生物吸收，其营养 价值就会降低，使赖以生存的水生生物的初级生产力降低。 2）酸雨对陆生生态系统的影响 酸雨对森林的危害，以致影响整个陆生生态系统。 酸雨影响农作物，使粮食减产。
Why?
太阳光组成：红外光50%；可见光40%； 紫外光10%；其余部分1%；
6000k 288k
2） 温室气体
温室气体可以让太阳短波辐射自由通过，同时吸收地 面发出的长波辐射，当它们在大气中的浓度增加时，就会 加剧温室效应，引起地球表面和大气层下沿温度升高。 它们主要有二氧化碳、臭氧、甲烷、氟里昂、一氧化 二氮等。
3 臭氧层破坏的危害
1）对人体健康的影响：破坏DNA，皮肤病，白内障等
（如图）
2）对陆生植物的影响：产量和质量下降，间接影响
3）对材料的影响：加速老化
4）对水生生态系统的影响：降低生产力，影响幼体
臭氧层破坏对人类健康的影响
4.臭氧层的保护
主要是控制CFCS的使用。 1）.提高利用率，降低操作损失 2）.回收与再循环 3）.改进CFCs产品 4）.非CFCs产品的替代品
3.全球变暖可能产生的影响
1、海平面上升：低地被淹，海岸被冲蚀，排洪不畅， 土地盐渍化，海水倒灌等。 2、气候带移动：包括温度带的移动和降水带的移动。
未来海平面变化的预测
预测者 预测年份 上升量（cm） 2025 20~140 世界气象组织（WMO） Mercer 2030 500 3、对农业的影响：世界粮食生产的稳定性和分布状况 2030 26~165 日本环境厅 Bloom 的改变，农产品贸易模式的变化。 2030 100 20~165 欧洲共同体 21世纪 Barth&Titus 2025 13~55 65 联合国环境规划署（UNEP） 21世纪末
0.4×10－3
5.0
5.0
7500~13000nm
12500~17000nm
图 15-3
温室气体的吸收带
3）. 温室气体的浓度变化与地球变暖趋势
引起气温 变化的因子
自然因子包括 太阳活动、陆 地形态变化、 地表反照率变 化等
人为因子指人类社 会活动对气候的影 响，如城市化、森 林砍伐、过度放牧、 土地不合理利用， 以及由于工业化
CFC-113 三氟三氯乙烷 C2Cl3F3 CFCs的形式决定了它们对臭氧层的危害程度。含H的 CFCs比不含H的降解得快，对平流层臭氧威胁较小，而像 C2H4F2（CFC152a）类不含氯溴的CFCs则对平流层臭氧威胁 更小，甚至不构成威胁。

X + O3
XO+ O
XO + O2
X + O2