1、LOGO第十二章全球性大气环境问题School of the Environment, Nanjing University 目前，国际社会最关注的全球性环境问题主要是： 气候变化、酸雨、臭氧层破坏、水体污染、海洋污染、热带雨林减少及荒漠化、生物多样性减少、有毒有害化学品及废弃物越境转移和扩散、持续有机物污染等。 目前目前, ,困扰世界的全球性大气污染问题困扰世界的全球性大气污染问题主要有三个主要有三个: :酸雨、全球性气候变暖、臭氧酸雨、全球性气候变暖、臭氧层空洞。层空洞。 全球性大气环境问题全球性大气环境问题1. 酸雨 1872年英国科学家史密斯分析了 伦敦市雨水成份。 农村雨水中含碳酸铵
2、，酸性不大。 郊区雨水含硫酸铵，略呈酸性。 市区雨水含硫酸或酸性的硫酸盐,呈酸性。 史密斯首先在他的著作空气和降雨：化学气候学的开端中提出“酸雨”这一专有名词。 1.1 1.1 酸雨酸雨 又称酸沉降又称酸沉降, ,是指是指pHpH值小于值小于5.65.6的天然降水和酸性气的天然降水和酸性气体及颗粒物的沉降。体及颗粒物的沉降。 带酸性的污物是可以有两种沉降方式的，带酸性的污物是可以有两种沉降方式的，湿沉降及湿沉降及干沉降干沉降。 湿沉降湿沉降是指那些污染物，随着雨、雪、雾或雹等降是指那些污染物，随着雨、雪、雾或雹等降水型态而落到地面，雨滴吸收包含了酸性物质，继水型态而落到地面，雨滴吸收包含了酸性
3、物质，继而降下时再冲刷酸性物质，降到地面；而降下时再冲刷酸性物质，降到地面； 干沉降干沉降则是指没有水份参与的情况下，带酸性物质则是指没有水份参与的情况下，带酸性物质从空中降下来的方式，通常，大气中酸性物质可被从空中降下来的方式，通常，大气中酸性物质可被植被吸附或重力沉降到地面。植被吸附或重力沉降到地面。 某地区的为该地区酸雨次数除以降雨的总次数。 最低值为0%; 最高值为100%。 一个降雨过程可能持续几天, 所以酸雨率应以一个降水全过程为单位，即酸雨率为一年出现酸雨的降水过程次数除以全年降水过程的总次数。 目前我国定义酸雨区的科学标准尚在讨论中, 根据年降水pH值和酸雨率分为五级标准: v
4、 pH值高于5.65, 酸雨率是0%-20% , 为非酸雨区; v pH值在5.30-5.60之间, 酸雨率是10%-40% , 为轻酸雨区;v pH值在5.00-5.30之间, 酸雨率是30%-60%, 为中度酸雨区; v pH值在4.70-5.00之间, 酸雨率是50%-80%, 为较重酸雨区; v pH值小于4.70, 酸雨率是70%-100%, 为重酸雨区。1.2 酸雨的现状和趋势v 5050年代初，北欧国家瑞典和挪威渔业减产，原因不明；年代初，北欧国家瑞典和挪威渔业减产，原因不明；19591959年挪威科学家才揭示元凶是酸雨。欧洲大陆工业排放大量酸年挪威科学家才揭示元凶是酸雨。欧洲大
5、陆工业排放大量酸性气体，随高空气流飘到北欧，被雨雪冲刷，所形成酸雨使性气体，随高空气流飘到北欧，被雨雪冲刷，所形成酸雨使湖泊酸化，导致渔业减产。湖泊酸化，导致渔业减产。 v 上世纪上世纪5050年代中期美国科学家勒姆发现酸雨可导致湖泊和土年代中期美国科学家勒姆发现酸雨可导致湖泊和土壤酸化，即酸雨可形成灾难，但是此成果未能为世人重视。壤酸化，即酸雨可形成灾难，但是此成果未能为世人重视。v 6060年代，欧洲建立了欧洲大气化学监测网，继而发现年代，欧洲建立了欧洲大气化学监测网，继而发现pHpH值低值低于于4.0 4.0 的酸雨地区，集中于地势较低地区，如荷兰，丹麦，的酸雨地区，集中于地势较低地区，
6、如荷兰，丹麦，比利时等。瑞典科学家奥登研究了欧洲的气象和降水，湖水，比利时等。瑞典科学家奥登研究了欧洲的气象和降水，湖水，土壤的化学变化，证实欧洲大陆存在大面积酸雨，是洲级区土壤的化学变化，证实欧洲大陆存在大面积酸雨，是洲级区域环境问题。域环境问题。v19731973至至19751975年欧洲经济合作与发展组织开展了专年欧洲经济合作与发展组织开展了专项研究，证实酸雨地区几乎覆盖了整个西北欧。项研究，证实酸雨地区几乎覆盖了整个西北欧。19741974年和以后北美证实在美国东北部和与加拿大年和以后北美证实在美国东北部和与加拿大交界地区亦发现大面积酸雨区域，几乎北美有三交界地区亦发现大面积酸雨区域，
7、几乎北美有三分之二陆地面积受到酸雨威胁，甚至在美国夏威分之二陆地面积受到酸雨威胁，甚至在美国夏威夷群岛的迎风一侧，也出现酸雨。再后，东南亚夷群岛的迎风一侧，也出现酸雨。再后，东南亚日本、韩国等亦发现大面积酸雨。至此世人公认日本、韩国等亦发现大面积酸雨。至此世人公认酸雨是当前全球性重要区域环境污染问题之一。酸雨是当前全球性重要区域环境污染问题之一。v19861986年年5 5月，在环境保护国际会议上，专家们认为，月，在环境保护国际会议上，专家们认为，酸雨现象正在发展，它已成为严重威胁世界环境酸雨现象正在发展，它已成为严重威胁世界环境的问题之一。的问题之一。v地球的南极和北极地球的南极和北极, ,
8、终年冰雪终年冰雪, ,罕见人至罕见人至, ,但但8080年代年代, ,挪威科学家在北极圈内大面积地区都测到酸雨挪威科学家在北极圈内大面积地区都测到酸雨( (酸酸雪雪) )。他们认为是前苏联南部工业区排放的大气酸。他们认为是前苏联南部工业区排放的大气酸性物质性物质, , 随气流几千公里飘移到此地。随气流几千公里飘移到此地。v19981998年上半年年上半年, , 中国南极长城站八次测得南极酸中国南极长城站八次测得南极酸性降水性降水, , 其中一次其中一次pHpH值为值为5.465.46。当刮偏南风或偏。当刮偏南风或偏东风时东风时, , 南极大陆因为没有人为排放南极大陆因为没有人为排放, , 大气
9、是新大气是新鲜的鲜的, ,所以测得降水的都接近于中性；当刮西北风所以测得降水的都接近于中性；当刮西北风时时, , 来自南美洲和亚太地区的大气污染物将吹到来自南美洲和亚太地区的大气污染物将吹到中国南极站所处的南极半岛中国南极站所处的南极半岛, , 遇到降水形成酸雨。遇到降水形成酸雨。v9090年代科学家又在冰雪世界的南极和北极年代科学家又在冰雪世界的南极和北极收集到了含有有毒农药成份的收集到了含有有毒农药成份的“毒雪毒雪”。“毒雪毒雪”形成与酸雨或酸雪形成过程极为形成与酸雨或酸雪形成过程极为相似。也是人类活动，使用人造的农药到相似。也是人类活动，使用人造的农药到田间田间, ,杀虫增产，但农药却进
10、入了环境，通杀虫增产，但农药却进入了环境，通过大气远程传输，在高空中污染物被雨雪过大气远程传输，在高空中污染物被雨雪冲刷，最终降落地面冲刷，最终降落地面, ,危害人类。由危害人类。由“酸酸雨雨”, ,发展到发展到“毒雪毒雪”。v全球三大酸雨区v 北欧酸雨区：以德、法、英等国为中心，波及大半欧洲。v 北美酸雨区：包括美国和加拿大。酸雨区的总面积大约1000多万平方公里，降水的pH值小于5，有的甚至小于4。v 中国已成为世界第三大酸雨区。 中国南方降水的硫酸根浓度平均是德国的 4.5倍，美国的 5.5倍。 而硫酸根与硝酸根之比是德国的7.0倍。v我国南方酸雨属于硫酸型的。 主要由煤烟型大气污染造成
11、的；美国和德国降水是硝酸型的，主要由汽车尾气型大气污染造成的。1.3 酸雨的危害（1）酸化土壤 酸雨直接影响和危害土壤表层，干扰微生物正常酸雨直接影响和危害土壤表层，干扰微生物正常生化活性，森林枯枝落叶的分解、物质再循环受生化活性，森林枯枝落叶的分解、物质再循环受到破坏。到破坏。 土壤酸化使土壤微生物活性下降，限制土壤中有土壤酸化使土壤微生物活性下降，限制土壤中有机物的分解和氮的固定，淋洗出与土壤团粒结合机物的分解和氮的固定，淋洗出与土壤团粒结合的钙、镁、钾等营养成分，使土壤贫瘠化。的钙、镁、钾等营养成分，使土壤贫瘠化。 v森林土壤退化，树木生长缓慢，对病虫害抵抗能力降低，大面积死亡。德国等欧
12、洲国家已出现，木材产量大幅度降低，每年造成的经济损失达90亿美元。我国仅川、黔、两广四省区，每年森林损失达十几亿元。v（2）酸化水体q 酸雨曾毁灭了加拿大4千多个湖泊。q 瑞典有9万多个湖泊中有2万多个遭到某种程度的酸雨危害，4千多个湖泊生态系统已完全被破坏。q 挪威南部80的湖泊和河流曾变成死水，曾鱼虾绝迹。v水体pH值降低还会使鱼类骨骼中钙含量减少，影响鱼类繁殖和生长。 当pH降至5.5以下时，甲壳类动物、浮游动物、软体动物等较小动物的生长会遭到严重抑制，对水生食物链产生重大不良影响。 当pH降至4.O时，大多数鱼类和水生动物将死亡。（3）破坏森林v世界各地都有关于构成森林的针叶树和阔叶树
13、枯世界各地都有关于构成森林的针叶树和阔叶树枯死、衰退现象的报导，其原因被认为是死、衰退现象的报导，其原因被认为是“酸雨酸雨”的影响。的影响。酸雨对森林造成危害主要原因：（1）二氧化硫气体引起的枯死衰退。（2）硫酸、硝酸等酸引起的枯死衰退。（3）树木生长不可欠缺的元素供应不均衡引起的枯死。 强酸度的降水、雾及高浓度的强酸度的降水、雾及高浓度的SOSO2 2等，直等，直接伤害植物叶片组织，影响其机能接伤害植物叶片组织，影响其机能。峨眉山松树峨眉山松树v研究报告指出，在大气污染十分严重的地区，由研究报告指出，在大气污染十分严重的地区，由于利用含硫量较高的劣质煤，往往出现（于利用含硫量较高的劣质煤，往
14、往出现（1）、）、（2）的危害。）的危害。波兰、捷克、中国南部的森林枯死、衰退等是典型的例子。v 源于废气的硝酸和源于农业、畜牧业的氨供应过源于废气的硝酸和源于农业、畜牧业的氨供应过剩的地区，往往出现（剩的地区，往往出现（3）的危害。）的危害。v（4）侵蚀艺术雕塑，损害建筑物和桥梁等 酸雨腐蚀建筑材料(石料、金属)，使其风化过程加速，一些古迹特别是石刻石雕和铜塑像的损坏速度超过以往数百年甚至上千年，其中大理石最易受酸雨的损害。v经酸雨作用，被溶解下来的CaSO4.2H20和Ca(NO3)2或被雨水冲走，或以结壳形式沉积于大理石表面并逐渐脱落，使古迹遭到破坏。v 沙浆混凝土墙面经酸雨侵蚀后出现白
15、霜 ； 经分析此种白霜就是石膏 (硫酸钙CaSO4.2H20) 。大理石像的酸雨损害大理石像的酸雨损害大理石像的酸雨损害东京石像受酸雨损害杭州灵隐寺的“摩崖石刻”近年经酸雨侵蚀，佛像眼睛、鼻子、耳朵等剥蚀严重，面目皆非，修补后，古迹不“古”。v（5）影响人体健康v 酸雨对眼睛和呼吸道有损害作用。v 据报道，美国和加拿大每年因酸雨引起心脏和肺功能下降而早亡的人数已超过5万人。v1985年4月在伦敦举行的皇家学会会议上，美国代表团提出了“酸雨同典型性老年病的帕金森病和初老(年)期精神病有关”。 该代表团主张其病因是酸雨中游离出来的铝离子污染了水，并侵害了饮用这种水的人的脑神经纤维。1.4 酸雨的形
16、成机理酸雨的形成机理SOxSOx的天然排放源土壤中某些机体在细菌作用下可分解某些硫化物，继而转化为SOx火山爆发也将喷出可观量的SOx气体森林火灾也是一种天然SOx 排放源海洋雾沫夹带一些硫酸到空中NOx的天然排放源酸性物质NOx排放有两大类天然源： 闪电、土壤分解v 高空雨云闪电有很强的能量，能使空气中的氮气和氧气部分化合生成NO，继而在对流层中被氧化为NO2，NOx 即为NO和NO2之和。酸性物质的人工排放源酸性物质的人工排放源v煤、石油和天然气等化石燃料燃烧是SOx，NOx人工排放源之一。 粗略估计，1990年我国化石燃料约消耗近700百万吨；仅占世界消耗总量的12%，但1950年至19
17、90年的四十年间,增加了30倍，化石燃料消耗的增加速度实在太快, 应引起足够重视。v工业过程是SOx、NOx人工排放源之二。金属冶炼将铜、铅、锌硫化物矿石还原为金属的过程中，将逸出大量SOx气体，部分回收为硫酸，部分进入大气。v交通运输是SOx、NOx人工排放源之三。 汽车发动机内，活塞频繁打出火花，象天空中闪电，N2变成NOx。机械性能较差的、或使用寿命已较长的发动机尾气中的NOx 浓度要高；汽车停在十字路口不息火等待通过时,要比正常行车尾气中的NOx浓度要高。vA. SO2的氧化过程vB. NOx的氧化过程vC. 酸雨的形成 酸雨属于二次污染物v1.5 控制酸雨的行动和对策我国酸雨监测网v
18、到目前为止，中国大陆已有百余个城市进行了酸雨监测，形成的监测网遍及全国各地，从而较为准确地划分出我国酸雨范围并把握住变化趋势。1.5 防治酸雨的措施 使用低硫煤，节约用煤 烟气脱硫 发展植物净化 发展替代能源2. 温室效应温室效应2.1全球气候变暖的机理 地表温度是由地表接受太阳辐射能与从地表向宇宙发出的辐射能所决定的。 太阳光主要以可见光的形式到达地面，30被反射掉，剩余的被地表面吸收。v全球的地面平均温度约为15。v ，根据地球获得的太阳热量和地球向宇宙空间放出的热量相等，可以计算出地球的地面平均温度应为-18。 这33温差大体就是因为地球有大气，大气像被子一样造成温室效应之故。v温室气体
19、v大气中存在的、能吸收红外辐射并对大气有加热效果的所有气体的总称温室气体.v 温室气体主要有： 二氧化碳、甲烷、 一氧化二氮、氟里昂等。v造成温室效应最大的气体是CO2。v甲烷、氟里昂、一氧化二氮的增加也是近年来温室效应不断增大的重要原因之一。v目前，温室效应增大的一半原因是甲烷、氟里昂等二氧化碳以外的物质造成的。温室气体的排放v二氧化碳浓度急剧增加的原因v随着工业化的发展和人口的剧增，人类消耗的矿物燃料迅速增加。v热带雨林平均每年以9002450公顷的速率从地球上消失。v大片森林的毁坏一方面使森林吸收的二氧化碳大量减少，另一方面烧毁森林时又释放大量二氧化碳，使大气中二氧化碳含量增多。v2.2
20、 温室效应产生的影响v2030年大气中的 CO2 浓度是现在的 2倍，地球平均气温上升13C。v引起海平面上升，从而淹没沿海地区的农田，海水侵入地下水。v海平面上升的问题。研究表明：海平面上升的问题。研究表明：1950-19921950-1992年间。年间。加州南部海岸带的海平面升高了加州南部海岸带的海平面升高了7.6cm7.6cm。其中，。其中，100100米以上浅水区升温米以上浅水区升温0.80.8摄氏度。中国国家测绘摄氏度。中国国家测绘局局19921992年年8 8月公布，我国海平面年平均升高月公布，我国海平面年平均升高2-32-3毫毫米。天津，莱州湾，长江口，珠江三角洲出现了米。天津，
21、莱州湾，长江口，珠江三角洲出现了大面积地面沉降。天津大面积地面沉降。天津1985-19871985-1987年三年下沉了年三年下沉了187187毫米。塘沽新港码头毫米。塘沽新港码头1966-19851966-1985年年2020年下沉了年下沉了0.50.5米，导致屡遭海潮袭击。米，导致屡遭海潮袭击。IPPCIPPC（世界气候变化（世界气候变化委员会）的出结论：大概每十年，海平面上升委员会）的出结论：大概每十年，海平面上升3-3-1010厘米。厘米。v气候变暖对水资源的影响 即使没有气候变化问题，人类也面临着严峻的水资源问题。v人口的急剧增长和经济活动的不断扩大，对地球水资源造成很大的压力。v家
22、庭、工厂、农田必须的用水量超过地区内所能够提供的水量。v工业废弃物和肥料的集中利用，屡屡使供水中混入危险的化学物质。v不精心的灌溉增加了土壤的盐分和蒸发速度，更加大了水资源的压力。v气候变化可以改变地区降水量和蒸发的类型，对水文循环起着决定性的影响。v虽然有一部分地区的降水量增加，但在另一些地区有减少的倾向。v即使在降水量增加的地区也会出现蒸发速度增大，径流量减少。v在因气候变化而使降水量减少的地区，主要以地下水形式存储的淡水量在减少。v年降水量大幅度变化、干旱和洪水等极端气候现象的增加。v在沿海地区，地下水位的降低将导致海水的侵入，地下水变咸。v大气中的高CO2浓度，预计将改善植物光合作用的
23、效率，另一方面又加快蒸发速度。气候变暖的综合效果将对河流流域、湖泊水质、滞水层和其它淡水水源带来极其恶劣的影响。v气候变暖对健康的影响 气候变暖对健康的主要影响是加大了疾病的危险和死亡率。 （1）直接影响 （2）间接影响 （3）温室气体的影响 （4）对环境适应弱者的影响v2.3 控制气候变暖的国家行动和对策v（1）国际行动 上世纪80年代后期开展了针对全球气候变暖的一系列国际行动：v 1988年6月在多伦多举办了“有关不断变化着的大气的全球会议”，提出了要削减二氧化碳排放的20。v1989年3月在荷兰海牙召开了有关全球大气问题的首脑会议。同年11月在诺德威克召开了有68国参加的环境部长会议，在
24、会上就稳定温室气体的排放取得了一致意见。v1992年6月在巴西里约热内卢召开的联合国环境与发展大会上，由166个国家联合签署了“气候变化框架公约”（FCCC）。v1997年12月，在日本东京召开的联合国气候变化框架公约缔约方第三次会议，通过了旨在限制发达国家温室气体排放量，以抑制全球变暖的京都议定书。v京都议定书需要在占全球温室气体排放量55以上的至少55个国家批准，才能成为具有法律约束力的国际公约。v经过国际社会多年的共同努力，联合国气候变化框架公约缔约国签订的京都议定书终于将在2005年2月16日正式生效，这标志着人类对环境的保护又迈进了一大步。v（2）基本控制方法 能源对策 绿色对策 固
25、碳对策3. 臭氧层空洞包围在地球周围的臭氧层示意图 大气层中臭氧的分布臭氧存在于距离地球表面1050公里的大气平流层中，对紫外线辐射具有屏蔽作用,是地球生态系统的保护屏障。v1.地球臭氧层的作用v 地球大气平流层中的臭氧层,是生命的保护层。臭氧层之所以有保护作用，是由于它能吸收太阳的紫外辐射。紫外线能杀死，杀伤生物细胞，或造就细胞、遗传物质畸变，导致生命的死亡和产生各种病变。v臭氧层的破坏完全是工业化以后人为影响所致，是氯氟烃这类自然界中没有的化合物消耗臭氧的结果。自1969年以后，除赤道地区外，所有地方的臭氧都减少了3%-5%，南极减少了30%-65%，并开始出现臭氧空洞，即成片地方臭氧层消
26、失殆尽。v 2.臭氧破坏对健康的影响v皮肤癌v皮肤癌的罹患率与人种和纬度有关。例如，同为10万人口的地区，美国德州就有100人以上罹患皮肤癌，瑞典为520人，而日本只有5人以下。v 一般以白种人的罹患率最高，居住地区则愈近赤道罹患率愈高。v根据联合国相关组织的统计资料显示： 大气总臭氧量若减少10%，皮肤癌的罹患率将增加26%，且每年全世界将新增加30万名以上的皮肤癌患者。v紫外线能导致白内障v眼晴在强烈紫外线照射下，会使透明的角膜混浊，引起角膜炎，或是造成结膜充血的结膜炎，最严重的则是白内障。v据估计，大气总臭氧量若减少10%，全世界将产生160175万名新白内障患者，且紫外线对人类眼晴的伤
27、害与人种无关。v破坏免疫系统v紫外线还会破坏免疫系统，减弱人体对病毒和病原菌的抵抗力，使更容易罹患传染性疾病。紫外线的增加，对整个地球生态系都会有严重影响。v国际社会共同认到 CFCl 等臭氧层破坏物质(ODSs, ozone-depleting substances)，已对臭氧层造成严重破坏以及臭氧层对地球生态环境的重要性。保护臭氧层为全球共识v 联合国环境规划署 ( UNEP , the United Nations Environment Programme)于1985年召集世界各国共商对策，签订保护臭氧层的维也纳协议(the Vienna Convention)，但。v 维也纳公约通过
28、后不久，有报告称在南极上空发现了臭氧空洞。这一报告对臭氧层的保护对策有很大影响。v 以维也纳公约为基础，1987年9月共有27个国家签署了增加具体规定措施的关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书。 v虽然国际间已有在1996年前完全停止生产、使用臭氧层破坏物质的共识，但是这些长寿的物质，大部份仍停留在下层大气中，而亦将缓缓上升至平流层被紫外线分解，所以臭氧层要恢复原状，估计仍将需100年以上的时间。v氟利昂替代物质v 已经明确了CFC能消耗臭氧层中的臭氧，正在研究非氟利昂类的替代物质和替代方法，这些技术即被称为。v 不同领域有不同的替代技术。 臭氧层遭CFCl等物质破坏的问题，从最初单纯的科学研究，逐渐演变成攸关各国政治与经济民生的国际性事务，同时，也成为人类日后面对其它环保问题时最具参考价值的案例。 臭氧层被破坏，全世界同蒙其害，世界各国自当同心协力，携手共谋对策。
