1、15 全球性大气环境问题的形成机制及其防治对策 15.1 15.1 全球变暖与防治对策全球变暖与防治对策 15.2 15.2 臭氧层破坏与防治对策臭氧层破坏与防治对策 15.3 15.3 酸沉降与防治对策酸沉降与防治对策 思考题与习题思考题与习题第一节 温室效应一、温室效应与温室气体（一）、温室效应 太阳发出的短波辐射透过大气层到达地面，使太阳发出的短波辐射透过大气层到达地面，使地表温度上升，发出长波辐射，大气中的温室气地表温度上升，发出长波辐射，大气中的温室气体对短波吸收很弱，而对长波辐射吸收很强。因体对短波吸收很弱，而对长波辐射吸收很强。因此地表从太阳辐射获得的热量相对多，而散失到此地表从
2、太阳辐射获得的热量相对多，而散失到大气层以外的热量相对少，地球表面的温度得以大气层以外的热量相对少，地球表面的温度得以维持，这就是大气的温室效应。维持，这就是大气的温室效应。Why?6000k288k（二）温室气体（二）温室气体n 可可以让太阳短波辐射自由通过，同时吸收地面发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的气体出的长波辐射的气体- -温室效应温室效应n 作用：作用：1对地球辐射热量的收支平衡起重要作用。对地球辐射热量的收支平衡起重要作用。 温室气体：温室气体：二氧化碳、甲烷、一氧化碳、二氯乙烷、臭氧、二氧化碳、甲烷、一氧化碳、二氯乙烷、臭氧、CFC11CFC11、CFC1
3、2CFC12、四氯化碳、一氧化碳、四氯化碳、一氧化碳 大气中大气中COCO2 2浓度浓度：工业化以前工业化以前 270270ppmppm19881988年年 350350ppmppm 大气中大气中COCO2 2浓度急剧增加的原因主要有两个：浓度急剧增加的原因主要有两个：人类消耗的矿物燃料迅速增加，燃烧产生的人类消耗的矿物燃料迅速增加，燃烧产生的COCO2 2释放进入大气层，使大气中释放进入大气层，使大气中COCO2 2浓度增加，浓度增加，大片森林的毁坏一方面使森林吸收的大片森林的毁坏一方面使森林吸收的COCO2 2大量大量减少，另一方面烧毁森林时又释放大量的减少，另一方面烧毁森林时又释放大量的
4、COCO2 2，使大气中使大气中COCO2 2含量增多。含量增多。1 1、二氧化碳、二氧化碳(CO(CO2 2) )36%n 甲烷：温室效应比甲烷：温室效应比COCO2 2大大2020倍，倍，0.7ppm1.65ppm0.7ppm1.65ppmn 氟氯烃氟氯烃: :CFC-11CFC-11（0.23ppb0.23ppb）,CFC-12,CFC-12（0.4ppb0.4ppb）n N N2 2O O：0.3ppm0.3ppmn 臭氧：大气中浓度仅次于臭氧：大气中浓度仅次于COCO2 2的温室气体，的温室气体，0.02-0.02-10ppm10ppm这些微量气体的吸收带在7500-13000nm，
5、一旦这些微量气体大量增多，在7500-13000nm谱段的地球长波辐射也将被大量吸收，即地球赖以散失辐射热量的大气窗被关闭，温室效应就会加剧。2 2、其他温室气体、其他温室气体750013000nm1250017000nm二、全球变暖对人类的影响二、全球变暖对人类的影响（一）使海水平面上升（一）使海水平面上升 若全球增暖若全球增暖1.5-4.51.5-4.5，海水平面可能上升，海水平面可能上升20-165cm20-165cm。l 近百年来全球气候增暖近百年来全球气候增暖0.6 0.6 ，海水平面大约上升了，海水平面大约上升了10-15cm10-15cm。l 低地被淹，海岸被冲蚀，排洪不畅，土地
6、盐渍化，海水倒灌等低地被淹，海岸被冲蚀，排洪不畅，土地盐渍化，海水倒灌等未来海平面变化的预测未来海平面变化的预测预测者预测者预测年份预测年份上升（上升（cm）世界气象组织（世界气象组织（WMO）202520140Mercer2030500日本环境厅日本环境厅203026165Bloom2030100欧洲共同体欧洲共同体21世纪世纪20165Barth&Titus20251355联合国环境规划署（联合国环境规划署（UNEP）21世纪末世纪末65（二）气候带移动l引起温度带北移l引起全球降水量的变化l引起生态系统的改变 （三）对植被分布的影响（三）对植被分布的影响u全球升温，植物种将会向北（北半球
7、）推移。全球升温，植物种将会向北（北半球）推移。（四）对农业生产的影响u有利影响：全年生长期延长，热带、亚热带的经济作物将北移，有利于一年多熟制。u不利影响：CO2浓度增加，作物产量增加，但质量下降。（五）全球气候变暖对中国的影响n气候变暖使中国农业生产的不稳定性增大n海水平面上升使中国沿海经济发展受到威胁n全球气候变暖还会对中国生物多样化产生影响减缓全球变暖的对策减缓全球变暖的对策主要是控主要是控制制CO21 1、排放控制对策：、排放控制对策：控制化石燃料消耗，以抑制CO2的排放；2 2、固定化对策：、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 3、适应对策：、适应对
8、策：在已发生全球变暖的情况下，采取相适应的对策以使其影响降低到最小程度。第二节 酸雨各种溶液酸碱度与酸雨对比一、酸雨的含义（一）酸雨的概念（一）酸雨的概念干沉降：干沉降：指在不下雨的日子，从空中降下来的落尘所带的酸性物质。湿沉降：pH值小于5.6的天然降水，所有气状污染物或粒状污染物，随着雨、雪、雾或雹等降水型态而落到地面。（二）我国酸雨的主要特点（二）我国酸雨的主要特点频率高、酸度大频率高、酸度大分布有明显的区域性分布有明显的区域性2002年我国酸雨分布年我国酸雨分布环境学导论1 1、酸雨污染物：、酸雨污染物： 较重要的物质包括较重要的物质包括 H H+ +、ClCl- -、NONO3 3-
9、 -、SOSO4 42-2-、NHNH4 4+ +、K K+ +、NaNa+ +、CaCa2+2+及及 MgMg2+2+ 等九种。等九种。一、酸雨的形成（一）酸雨污染物及来源（一）酸雨污染物及来源2、酸雨来源：自然来源和人为来源硫化物及悬浮固体CO、HC、SO2、NOx及悬浮固体酸化污染物湿沉降干沉降（二）酸雨的形成过程（二）酸雨的形成过程1 1、成雨过程、成雨过程 SOSO2 2、NONOx x在云层雨滴形成过程中被吸收和转化：在云层雨滴形成过程中被吸收和转化：（1 1）水蒸汽冷凝在含硫酸盐、硝酸盐或氯离）水蒸汽冷凝在含硫酸盐、硝酸盐或氯离子等的凝结核上；子等的凝结核上；（2 2）形成云雾时
10、，）形成云雾时，SOSO2 2、NONOx x和和COCO2 2等气体被水等气体被水滴吸收；滴吸收；（3 3）气溶胶粒子和水滴在形成云雾的过程中）气溶胶粒子和水滴在形成云雾的过程中互相碰撞而结合。互相碰撞而结合。硝酸铵盐天然源人为源干沉降湿沉降图 氮化合物在大气中的迁移过程天然源天然源环境学导论2、冲刷过程酸性污染物被雨水从大气中冲刷、消除：（1）云单体形成期间凝结核的消耗；（2）布朗运动使气溶胶粒子附着到云单体上；（3）云体对微量气体的吸收与吸附；（4）下降雨滴对气溶胶粒子和SO2、NOx的捕获。三、酸雨的危害（一）对水生生态系统的影响 由于水体酸化，促使土壤中重金属溶入水体中（二）酸雨对陆
11、生生态系统的影响 1 1、酸雨对土壤的影响、酸雨对土壤的影响 土壤酸化后形成植物可吸收形态的铝化合物 2 2、酸雨对农作物的影响、酸雨对农作物的影响 破坏作物细胞正常代谢活动 受酸雨腐蚀的水稻受酸雨腐蚀的水稻环境学导论酸雨污染致使鱼类死亡酸雨污染致使鱼类死亡环境学导论环境学导论杭州灵隐寺石刻著名的著名的杭州灵杭州灵隐寺的隐寺的“摩崖摩崖石刻石刻”近年经近年经酸雨侵酸雨侵蚀，佛蚀，佛像眼睛、像眼睛、鼻子、鼻子、耳朵等耳朵等剥蚀严剥蚀严重，面重，面目皆非。目皆非。 3）对各种材料的影响）对各种材料的影响 酸雨加速了许多用于酸雨加速了许多用于建筑结构建筑结构、桥梁、水坝、工业装备、桥梁、水坝、工业装
12、备、供水管网、地下储罐、水轮发电机、动力和通信电缆等材料供水管网、地下储罐、水轮发电机、动力和通信电缆等材料的腐蚀。的腐蚀。4）酸雨对人体健康的影响）酸雨对人体健康的影响 酸雨对人健康产生间接的影响。酸雨使地面水变成酸性，酸雨对人健康产生间接的影响。酸雨使地面水变成酸性，地下水中金属量也增高，饮用这些水或食用酸性河水中的鱼地下水中金属量也增高，饮用这些水或食用酸性河水中的鱼类会对人体健康产生危害。类会对人体健康产生危害。 据报道，很多国家由于酸雨的影响，地下水中铝、铜、据报道，很多国家由于酸雨的影响，地下水中铝、铜、锌、镉的浓度已上升到正常值的锌、镉的浓度已上升到正常值的10100倍。倍。环境
13、学导论4. 防治酸雨的对策防治酸雨的对策 1） 使用低硫燃料和改进燃烧装置使用低硫燃料和改进燃烧装置 2） 烟道气脱硫脱氮烟道气脱硫脱氮 3） 控制汽车尾气排放控制汽车尾气排放 各国根据自己的具体情况，都制定了一些适合本国国情各国根据自己的具体情况，都制定了一些适合本国国情的酸雨控制措施。我国针对出现的酸雨问题，采取了以下对的酸雨控制措施。我国针对出现的酸雨问题，采取了以下对策：一是降低煤炭中的含硫量；二是减少策：一是降低煤炭中的含硫量；二是减少SO2的排放。的排放。环境学导论第三节 臭氧层破坏小知识臭氧浓度的表示法：柱浓度法，单位用多布森臭氧浓度的表示法：柱浓度法，单位用多布森来来表示（表示
14、（Dobson unit,Dobson unit,简称简称D.U.D.U.）。）。 D.U.D.U.的含义：将的含义：将00，一个大气压力下，一个大气压力下，1010-5 -5 mm厚的臭氧定义为厚的臭氧定义为1 1个个Dobson Dobson 单位。单位。 臭氧洞臭氧洞被定义为臭氧的柱浓度小于被定义为臭氧的柱浓度小于200D.U.200D.U.， 即臭氧的浓度较臭氧洞发生前减少超过即臭氧的浓度较臭氧洞发生前减少超过30%30%的的地区。地区。臭氧知识问答1“1“国际保护臭氧层日国际保护臭氧层日” ” 是哪一天是哪一天 A 9A 9月月1515日；日；B 9B 9月月1616日（日（）2 2
15、、臭氧在大气中臭氧的总含量、臭氧在大气中臭氧的总含量 A 1ppm; B 2ppmA 1ppm; B 2ppm3 3 什么是什么是ODS ODS A Ozone Depleting Substances A Ozone Depleting Substances B Oxygen Degeneration Substances B Oxygen Degeneration Substances4 4 北极没有产生大的臭氧空洞，是因为什么区别南极？北极没有产生大的臭氧空洞，是因为什么区别南极？ A A 气候；气候； B B 地貌地貌5 CFCs5 CFCs，俗称氟里昂是什么物质？，俗称氟里昂是什么物
16、质？ A A氟氯碳化合物；氟氯碳化合物；B B氟溴碳化合物氟溴碳化合物6 6 哈龙（哈龙（HalonsHalons）是什么物质？）是什么物质？ A A含溴化合物含溴化合物 ；B B 含氟化合物含氟化合物7 7 每一个每一个ClCl自由基可以消耗多少个臭氧分子？自由基可以消耗多少个臭氧分子？ A 100A 100万；万；B 10B 10万万1 1、英国住南极考察站的科学家法曼（、英国住南极考察站的科学家法曼（FarmanFarman）等人报道了该）等人报道了该 考察站自考察站自19751975年起每年早春（年起每年早春（1010月份）的臭氧观测结果，月份）的臭氧观测结果， 该地区的总臭氧在这一时
17、期会减弱该地区的总臭氧在这一时期会减弱30%30%。2、近几年臭氧洞的深度和面积仍在继续扩展，、近几年臭氧洞的深度和面积仍在继续扩展，1998年臭氧洞年臭氧洞 的持续时间超过了的持续时间超过了100天，是南极臭氧洞发现以来的最长记天，是南极臭氧洞发现以来的最长记 录，而且臭氧洞的面积也在扩大，几乎可以相当于录，而且臭氧洞的面积也在扩大，几乎可以相当于3个澳大个澳大 利亚。利亚。3、我国青藏高原上空也存在一个相对周围地区浓度、我国青藏高原上空也存在一个相对周围地区浓度 较低的区域。较低的区域。一、臭氧层变化臭氧性质：臭氧性质：v氧的同素异性体。氧的同素异性体。臭氧层位置：臭氧层位置：v距地面距地
18、面20302030公里处。公里处。臭氧层作用：臭氧层作用：v吸收紫外线。吸收紫外线。太阳光中的紫外线辐射，紫外线辐射按照其波长的不太阳光中的紫外线辐射，紫外线辐射按照其波长的不同，可划分为同，可划分为UV-A（315400nm）、UV-B（280315nm）和和UV-C（280nm以下以下）三个波段，特别是三个波段，特别是UV-B辐射对生辐射对生物有较大的伤害。而阻挡物有较大的伤害。而阻挡UV-B辐射的就是臭氧。辐射的就是臭氧。 太阳光组成：红外光太阳光组成：红外光50%50%；可见光；可见光40%40%；紫外光紫外光10%10%；其余部分；其余部分1%1%；二、臭氧层破坏的原因（一）引起臭氧
19、层破坏的物质（一）引起臭氧层破坏的物质氟氯碳化物：含氯化合物（Chlorofluorocarbon,CFCs）哈龙（Halons)：含溴化合物（ CFCS 于1930年由美国杜邦公司投入生产，二战后开始大量使用，主要用作气溶胶、制冷剂、发泡剂等） 臭氧层中存在着O、O2、O3的动态平衡， CFCS非同寻常的稳定性使NOX、Cl、Br活性物质很容易在臭氧层中聚集，使平衡向着臭氧分解的方向转移。O来源于：X+O3XO+O2XO+OX+O2O+O3O2+O2NO2+hNO+OO2+hO+OO3+hO2+O一个氯原子能一个氯原子能破坏近破坏近10万个万个臭氧分子臭氧分子（1 1）氟氯烃（）氟氯烃（CF
20、CsCFCs）：制冷剂、发泡剂等）：制冷剂、发泡剂等卤原子主要来源于：（2 2）哈龙（）哈龙（halons)halons)：含溴化合物，灭火器：含溴化合物，灭火器在太阳辐射下可分解成活性卤原子在太阳辐射下可分解成活性卤原子CFC-11CFC-11：CClCCl3 3F CFC-12F CFC-12：CClCCl2 2F F2 2（二）臭氧层的破坏过程（二）臭氧层的破坏过程ODP(ozone depletion potential)臭氧消耗潜值三、臭氧层的变化对人类的影响三、臭氧层的变化对人类的影响（一）对人类健康的影响（一）对人类健康的影响免疫系统紊乱免疫系统紊乱平流层臭氧每损耗平流层臭氧每损
21、耗1%1%，皮肤癌的发病率，皮肤癌的发病率约增加约增加2%2%破坏破坏DNADNA，皮肤病，白内障等，皮肤病，白内障等臭氧层破坏对人类健康的影响（二）对植物的影响（二）对植物的影响紫外线辐射使植物叶片变小，因而使获取紫外线辐射使植物叶片变小，因而使获取阳光进行光合阳光进行光合 作用的有效面积减小；作用的有效面积减小；影响种子的质量；使作物减产影响种子的质量；使作物减产（三）对水生系统的影响（三）对水生系统的影响 紫外线辐射增加直接导致浮游植物、浮游动物、紫外线辐射增加直接导致浮游植物、浮游动物、幼体鱼类、幼体虾以及其它水生食物链中重要幼体鱼类、幼体虾以及其它水生食物链中重要生物的破坏。生物的破
22、坏。研究表明，臭氧层厚度减小研究表明，臭氧层厚度减小25%25%可导致水面附可导致水面附近的初级生物产量降低近的初级生物产量降低35%35%。主要是控制主要是控制CFCS的使用。的使用。目前各国都在加紧替代物品的开发，从长远看，采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。是制冷剂发展的方向。1985年年保护臭氧层维也纳公约保护臭氧层维也纳公约1987年年关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书1999年年11月月29日日北京宣言北京宣言臭氧层的保护臭氧层的保护
