1、2.光化学雾的特征 于20世纪40年代首次在美国洛杉机发现。其特征是烟雾呈蓝色，具有强氧化性，刺激人们的眼睛，伤害植物叶子，能使橡胶开裂，大气能见度降低。具有明显的日变化：在相对湿度较低的夏季晴天为多见，高峰出现在正午前后，在夜晚消失。洛杉矶光化学烟雾事件：洛杉矶光化学烟雾事件：洛杉矶市是美国加利福尼亚州南部太平洋沿岸的海滨城市，那里常年阳光明媚，气候温和，是风景优美的旅游胜地。洛杉矶市依山傍海，处于50公里长的盆地中，一年约有300天出现逆温层，510月阳光强烈。在逆温天气下，整个城市笼罩在烟雾中。40年代初，全市250多万辆汽车每天消耗约1600万升汽油，向大气排放大量污染物，其中碳氢化合
2、物和氮氧化物在阳光照射下形成了光化学烟雾。自1946年以来，洛杉矶市发生9次严重的光化学烟雾污染。3.光化学烟雾的形成条件 地理条件地理条件：因需要290-430nm的辐射，而太阳辐射的强弱，主要取决于太阳的高度，即太阳辐射线与地面所成的投射角以及大气透明度等。天顶角大于60，且地形较为封闭的环境下，污染物聚集后难以扩散；气象条件气象条件：在副热高压控制地区的夏季和早秋季节，天气晴朗，高温低湿，光照充足，有逆温，风力不大，利于污染物在地面累积。污染源条件污染源条件：主要是氮氧化合物、碳氢化合物，来源以石油为原料的工厂和汽车排气,且要达到一定的浓度。4、光化学雾形成的主要化学反应与机制 Seiu
3、field（1986）用12个反应概括描述这个过程：引发反应引发反应 NO2+h(290-430nm)NO+O O+O2+M O3 +M O3 +NO NO2 +O2 基传递反应基传递反应 RH（烷基）+OHRO2（过氧烷基）+H2O RCHO（醛）+OH RC(O)O2（过氧酰基）+H2O RCHO+hvRO2+HO2+CO RO2+NO NO2+OH RO2+NO NO2+RCHO+HO2（氢过氧基）RC(O)O2+NO NO2+RO2+CO2 OH+NO2 HNO3 终止反应 RC(O)O2+NO2 RC(O)O2 NO2 （PAN-过氧乙酰基硝酸酯）RC(O)O2 NO2 RC(O)O
4、2+NO2小结：小结：（1）光化学烟雾的形成过程是一系列复杂的链式反应组成，是以NO2光解生成O的反应为引发，导致臭氧的形成；（2）由于碳氢化合物的存在，致使NO向NO2的快速转化，在此转化中自由基（特别是HO基）起了重要的作用。致使不需要消耗臭氧而能使大气中的NO转化成NO2，NO2又继续光解产生臭氧；（3）转化中形成的自由基又继续与碳氢化合物反应生成更多的自由基，如此不断地进行链式反应，直到NO或碳氢化合物消失为止。（4）最终产物为醛类、臭氧、PAN等二次污染物。5.光化学烟雾的危害 光化学烟雾的成分非常复杂，但是对动物、植物和材料有害的是臭氧、PAN和丙烯醛、甲醛等二次污染物。人和动物受
5、到主要伤害是眼睛和粘膜受刺激、头痛、呼吸障碍、慢性呼吸道疾病恶化、儿童肺功能异常等。植物受到臭氧的损害，开始时表皮褪色，呈蜡质状，经过一段时间后色素发生变化，叶片上出现红褐色斑点。PAN使叶子背面呈银灰色或古铜色，影响植物的生长，降低植物对病虫害的抵抗力。臭氧、PAN等还能造成橡胶制品的老化、脆裂，使染料褪色，并损害油漆涂料、纺织纤维和塑料制品等。二、温室效应与臭氧层破坏温室效应：温室效应：地球在接受太阳短波辐射的同时也不断向外发射长波辐射，大气中有一些气体具有吸收长波辐射，使其返回地表的特性，因而使得地球外逸辐射减少，地表接受的平均辐射强度增加，导致气温升高，这种现象被称为温室效应。大气中的
6、二氧化碳、水气、甲烷、一氧化碳、臭氧等气体吸收和放出长波辐射的能力特别强，因而被称为温室气体。温室气体贡献率比较(纵坐标为辐射强度 单位：瓦特每平方米.W/m2)CO2 (carbon dioxide)CH4 (methane)trop.O3(tropospheric ozone)N2O(nitrous oxide)人为源：CFC 11+12(chlorofluorocarbons)单位质量的各种温室气体增加的全球平均辐射强度比较2.臭氧层变化与臭氧洞（1）臭氧存在于地面以上至少10千米高度的地球大气层中，遍布整个对流层，其浓度随海拔高度而异。在平流层（离地面20-25千米）最高，但也不超过
7、5 1013 分子/厘米3。（2）对流层臭氧对流层臭氧是继二氧化碳和甲烷之后第三种重要的温室气体。自工业革命以来，由于对流层臭氧增加引起的全球平均辐射强度全球平均辐射强度估计增加了0.350.2为W/m2（辐射强度的单位）。（3）平流层中的臭氧平流层中的臭氧吸收掉太阳放射的大量紫外线（240-329纳米），为地球提供了一个防止紫外辐射有害效应的屏障。（4）我们所说的臭氧洞指的是平流层臭氧状态的变化臭氧洞指的是平流层臭氧状态的变化。可以用一个三维的结构来描述，即臭氧洞的面积、深度及延续时间发生了变化。3.臭氧洞的形成 大气臭氧的形成：O2+O+M O3 +M 在平流层，离地面20-25千米高度上
8、，氧原子几乎都是由于短波紫外线辐射，使O2 分子光解而产生：O2+hv O+O低层大气，尤其对流层中，氧原子主要是由长波紫外线辐射，使NO2 光解而产生：NO2 +hv NO+O 臭氧自身通过紫外线和可见光照射后，也会发生光解：O3+hv O2+O臭氧的损耗在平流层中的臭氧损耗，主要是通过动态迁移到对流层，在此得到大部分具有活性催化作用的基质和载体分子，从而发生化学反应而被消耗。O3+X O2+XO X+OX+O2 O3 +O O2 +O2 式中，X=H、OH、NO、CL、Br等。总体上，臭氧在平流层减少，对流层相对增加，但由于约90%的臭氧是在平流层，所以总量在下降。太阳平流层对流层CFCs
9、，N2O，CO2等缓慢迁移CL，CLO，NO等缓慢迁移CFC5光解产生Cl，ClO及N2O，NO，NO2分解O3产生O2O2O2光解产生O3催化剂破坏O3缓慢转移吸收ClV辐射减弱240-290纳米；290-320纳米（部分）CO2痕量气体CH4（生物作用）光化学烟雾（汽车尾气）CFCs 排放（工业与生活应用过程）CO2，NOX（锅炉燃烧）CFCs，CO2自然削减图1 影响臭氧浓度的物理化学过程 9/18/19779/21/19889/10/2000http:/www.gsfc.nasa.gov/topstory/2002/20020926ozonehole.htmlDark blue ind
10、icates area with at least 20%less ozone than normal.2001年和2002年的臭氧空洞http:/www.gsfc.nasa.gov/topstory/2002/20020926ozonehole.htmlNASA TOMS,AntarcticTotal Ozone Mapping Spectrometer http:/toms.gsfc.nasa.gov/eptoms/dataqual/ozone.html4.臭氧空洞的危害臭氧空洞的危害 臭氧层中的臭氧能吸收200300 nm的阳光紫外线辐射，因此臭氧空洞可使阳光中紫外辐射到地球表面的量大大
11、增加，从而产生一系列严重的危害。阳光紫外线辐射能量很高的部分称EUV，在平流层以上就被大气中的原子和分子所吸收，从EUV到波长等于290nm之间的称为UV-C段，能被臭氧层中的臭氧分子全部吸收；波长等于290320nm的辐射段称为紫外线B段（即B类紫外线），也有90能被臭氧分子吸收，从而可以大大减弱到达地面的强度。如果臭氧层的臭氧含量减少，则地面受到紫外线如果臭氧层的臭氧含量减少，则地面受到紫外线B的辐射量增大，的辐射量增大，易造成以下多方面的危害易造成以下多方面的危害对人体健康：对人体健康：B类紫外线灼伤称为B类灼伤，这是紫外辐射最明显的影响之一，学名为红斑病。B类紫外线也能损耗皮肤细胞中遗
12、传物质，导致皮肤癌。B类辐射增加还可对眼睛造成损坏，导致白内障发病率增加。B类紫外线辐射也会抑制人类和动物的免疫力。因此B类紫外线辐射的增加，可以降低人类对一些疾病包括癌症、过敏症和一些传染病的抵抗力。对生态系统：对生态系统：B类辐射的增加，会对自然生态系统和作物造成直接或间接的影响。例如B类紫外辐射对20米深度以内的海洋生物造成危害，会使浮游生物、幼鱼、幼蟹、虾和贝类大量死亡，会造成某些生物减少或灭绝，由于海洋中的任何生物都是海洋食物链中重要的组成部分，因此某些种类的减少或灭绝，会引起海洋生态系统的破坏。B类辐射的增加也会损害浮游植物，由于浮游植物可吸收大量二氧化碳，其产量减少，使大气中存留
13、更多的二氧化碳，使温室效应加剧。臭氧对植物叶面的慢性危害对城市景观：对城市景观：B类辐射还将引起用于建筑物、绘画、包装的聚合材料的老化，使其变硬变脆，缩短使用寿命等等。另外，臭氧层臭氧浓度降低紫外辐射增强，反而会使近地面对流层中的臭氧浓度增加，尤其是在人口和机动车量最密集的城市中心，使光化学烟雾污染的机率增加。5.修补臭氧层的措施修补臭氧层的措施 1985年，也就是Monlina和Rowland提出氯原子臭氧层损耗机制后11年，同时也是南极臭氧洞发现的当年，由联合国环境署发起21个国家的政府代表签署了保护臭氧层维也纳公约保护臭氧层维也纳公约，首次在全球建立了共同控制臭氧层破坏的一系列原则方针。
14、1987年9月，36个国家和10个国际组织的140名代表通过了大气臭氧层保护的重要历史性文件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。该议定书中规定了保护臭氧层的受控物质种类和淘汰时间表，要求2000年全球的氟利昂消减一半，制定了针对氟利昂类物质生产、消耗、进口及出口等的控制措施。1990年通过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伦敦修正案伦敦修正案，1992年通过了哥本哈根修正案，其中受控物质的种类再次扩充，完全淘汰的日程提前，目前为止，缔约方已达165个之多，联合国环境署规定从1995年起，每年9月月16日为日为“国际保护臭氧层国
15、际保护臭氧层日日”，以增加世界人民保护臭氧层的意识。我国早于1989年就加入了保护臭氧层维也纳公约，先后积极派团参与了历次的保护臭氧层维也纳公约和关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书缔约国会议，并于1991年加入了修正后的关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书。我国还成立了保护臭氧层领导小组，开始编制并完成了中国消耗臭氧层物质逐步淘汰国家方案。根据这一方案，我国已于1999年7月1日冻结了氟利昂的生产，并将于2010年前全部停止生产和使用所有消耗臭氧层物质。三、酸雨1.含义及其特征 指pH值低于5.6的降水，包括雨、雪、霜、雹、雾、露等各种湿沉降降水形式，以及大气中所有酸性物质转移到大地的干沉降过程
16、。国名SO2NOX年份加拿大3671941985美国212019301986法国1581701986德国2222971986意大利201571986英国3872221986日本1081421983中国1800-1986世界99006800主要国家二氧化硫和氮氧化物排放量（单位：万吨）2.酸雨的来源 降水的酸度是由降水中酸性和碱性化学物质间的平衡决定的。大气中能形成酸的物质是：含硫化合物：SO2、SO3、H2 S、(CH3)2S(二甲基硫)、(CH3)2S2(二甲基二硫)、羰基硫COS、CS2、CH3 SH、硫酸盐和H2 SO4含氮化合物：包括NO2、NO、+N2O，硝酸盐，HNO3以及氯化物和
17、HCL等。通常认为，主要的成酸雨基质是 SO2 和 NOX，国外酸雨中硫酸与硝酸之比为2：1，中国酸雨以硫酸为主，硝酸含量不足10%，但目前硝酸含量增加较快。（1）天然排放的含硫化物和氮化合物 （2）人为排放的硫化物与氮化合物世界一些地区酸性干、湿沉降量地区类型湿沉降量（克硫/米2年）干沉降量（克硫/米 2年）北美：重工业区农村0.1-30.1-20.2-2.6欧洲：重工业区农村2-40.2-23-150.5-5北大西洋0.1-0.30.04-0.4其它海洋0.01-0.20.1大陆：荒僻地区0.01-0.50.43.酸雨的形成酸雨的形成 SO2的氧化过程 SO2+O2（催化）SO3 SO3+
18、H2 O H2 SO4 总反应方程式:2SO2+H2 O+O2（催化）2H2 SO4海浪飞溅 天然源人为源 干沉降湿沉降H2SSO2硫酸盐被O,O2,O3氧化光化学氧化催化剂图2 硫化物在大气中的转化过程NOX 的氧化过程 (1)NO氧化为NO2 NO +O3 NO2+O2 (2)NO氧化为HONO NO +OH HONO NO+HO2 HNO3 (3)NO2转化为HNO3 NO2+OH+M HONO2+M 或者通过光化学反应.天然源人为源 干沉降湿沉降N2ONO,NO2硝酸铵盐被O,O2,O3氧化光化学氧化催化剂图 3 氮化合物在大气中的迁移过程天然源天然源NH33.亚硝酸盐（HONO=HN
19、O2）的化学反应 HONO在大气中光解很快，是OH基的主要来源之一。另外，还能与OH反应：NO2与OH反应 HONO +OH NO2+HO NO与OH作用生成HON NO +OH HONO表面催化作用 NO2+OH+M HONO2+M 2NO2+H2O HONO+HNO34.硝酸盐（HNO3）的化学反应HNO3+OH NO3+H2O HNO3+NH3 NH4 NO3（颗粒）4.酸雨的危害酸雨的危害对人体危害：对人体危害：酸雨、尤其是酸雾，会对人体健康造成严重危害。它的微粒可以随着雾气侵入肺的深层组织，引起肺水肿、肺硬化甚至癌变。据调查，仅1980年，英国和加拿大有1500人因酸雨污染而导致死亡
20、。对陆地生态系统：对陆地生态系统：植物对酸雨反应最敏感的器官是叶片，叶片受损后会出现坏死斑、萎蔫、叶绿素含量降低、叶色发黄、退绿、光合作用降低，使林木生长缓慢或死亡，使农作物减产。同时，酸雨危害植物表皮及角质层，使植物的抗病虫害能力减弱。酸雨使土壤酸化，土质中的钙、镁等养分被酸溶解，导致土壤养分流失。酸化的土壤抑制了土壤微生物的活性，破坏了土壤微生物的正常生态群落 酸雨可以破坏大面积的森林和农作物。特别是对海拔600米以上的山林的破坏。据统计，欧洲中部曾有100万公顷森林因酸雨而枯萎死亡，意大利北部有9000多公顷森林被酸雨毁灭，奥地利93的森林曾遭到了不同程度的伤害。欧洲和北美一些国家的森林
21、受酸雨危害率高达3050。我国南方重酸区已出现一些严重的森林衰亡现象：重庆市郊地区50的松树枯死；峨眉山金顶冷杉的死亡率达40；浙江西天目山因酸雨的影响使大片的柳杉死亡；柳州市区和郊区的林木也出现较严重的酸雨危害。对水体环境危害：对水体环境危害：酸雨还使湖泊酸化，生物绝迹。瑞典的近万个大小湖泊曾受酸雨侵袭少有水生物生存，挪威260多个湖泊曾鱼虾减量，加拿大有140座湖鱼迹难寻，美国至少有1200个湖泊酸化成为“死湖”。在加拿大，酸雨毁灭了14万多个湖泊，另有4000多个湖泊也濒临“死亡”。欧洲有数千个美丽的湖泊也毫无生气，听不到蛙声，见不到鱼跃。美国酸化的水域已达36万平方千米，在28个州17
22、054个湖泊中，有9400个受到酸雨影响，水质变坏。纽约州北部阿迪达克山区，1930年只有4的湖泊没有鱼，而目前半数以上的湖水PH在5以下，90没有鱼，听不到蛙声，死一般寂静。对城市景观风貌：对城市景观风貌：酸雨对建筑物和金属材料的腐损也非常严重，对桥梁楼宇造成严重侵蚀。古希腊、罗马文物遗迹的风化加剧、著名的印度泰姬陵的损毁、美国东部约3500幢历史性建筑和1万座纪念碑的损害，罪魁祸首均为酸雨。美国每年国酸雨造成的损失达250亿美元。我国重庆市与南京市自然条件相似，但重庆是酸雨侵蚀比较严重的地区，电视塔及建筑机械的维修、路灯及电线的更换频率比南京快15倍。嘉陵江大桥的钢梁每年锈蚀016毫米，如
23、此下去用不了30年，就会因钢梁锈坏而发生危险。Acid raincontains high levels of sulfuric or nitric acids contaminate drinking water and vegetationdamage aquatic lifeerode buildingsAlters the chemical equilibrium of some soils 我国酸雨态势：我国酸雨正呈蔓延之势，是继欧洲、北美之后世界第三大重酸雨区。80 年代，我国的酸雨主要发生在以重庆、贵阳和柳州为代表的川贵两广地区，酸雨区面积为 170 万平方公里。90 年代中期，
24、酸雨已发展到长江以南、青藏高原以东及四川盆地的广大地区，酸雨面积扩大了 100 多万平方公里。以长沙、赣州、南昌、怀化为代表的华中酸雨区现已成为全国酸雨污染最严重的地区，其中心区年降酸雨频率高于 90%，几乎到了逢雨必酸的程度。以南京、上海、杭州、福州、青岛和厦门为代表的华东沿海地区也成为我国主要的酸雨区。华北、东北的局部地区也出现酸性降水。1998 年，全国一半以上的城市，其中 70%以上的南方城市及北方城市中的西安、铜川，图们和青岛都下了酸雨。酸雨在我国已呈燎原之势，覆盖面积已占国土面积的 30%以上。在中国的大气污染中，酸雨和浮尘是最主要的污染。十多年来，由于二氧化硫和氮氧化物的排放量日渐增多，酸雨的问题越来越突出。现在中国已是仅次于欧洲和北美的第三大酸雨区。我国酸雨主要分布地区是长江以南的四川盆地、贵州、湖南、湖北、江西，以及沿海的福建、广东等省。在华北，很少观测到酸雨沉降，其原因可能是北方的降水量少，空气湿度低，土壤酸度低。然而值得注意的是北方如侯马、京津、丹东、图们等地区现在也出现了酸性降水。精品课件精品课件！精品课件精品课件！资料来源：国家环保总局（SEPA）
