何强环境学导论课件-全球

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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环境学导论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.近百年来的全球气候2.温室效应与温室气体3.全球变暖对人类的影响4.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。Why?6000k288k太阳光组成：红外光50%；可见光40%；紫外光10%；其余部分1%；名称现有浓度/ppm估计年增长率/％CO23500.4平流层臭氧0.1～10（随高度变化）-0.5对流层臭氧0.02～0.1（随高度变化）0～0.7CH41.71～2N2O0.30.2CO0.120.2氟里昂CFC110.23×10－35.0氟里昂CFC120.4×10－35.0表大气中温室气体的现有浓度和增长率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。图15-3温室气体的吸收带7500~13000nm12500~17000nm3）.温室气体的浓度变化与地球变暖趋势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，以及由于工业化引起气温变化的因子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。表大气中温室气体的现有浓度和增长率名称现有浓度/ppm估计年增长率/％CO23500.4平流层臭氧0.1～10（随高度变化）-0.5对流层臭氧0.02～0.1（随高度变化）0～0.7CH41.71～2N2O0.30.2CO0.120.2氟里昂CFC110.23×10－35.0氟里昂CFC120.4×10－35.01、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。3、对农业的影响：世界粮食生产的稳定性和分布状况的改变，农产品贸易模式的变化。3.全球变暖可能产生的影响未来海平面变化的预测预测者预测年份上升量（cm）世界气象组织（WMO）202520~140Mercer2030500日本环境厅203026~165Bloom2030100欧洲共同体21世纪20~165Barth&Titus202513~55联合国环境规划署（UNEP）21世纪末654、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CO21、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》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0102030405060美国中国俄罗斯日本德国印度乌克兰英国加拿大意大利法国波兰墨西哥哈萨克斯坦南非CO2排放量/亿t控制温室气体剧增的基本对策有：1）.调整能源战略节能降耗、采用新能源1999年世界上一些国家二氧化碳的人均排放量0510152025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CO2人均排放量/t15.2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.臭氧层变化与臭氧洞2.臭氧层破坏的原因3.臭氧层的变化对人类的影响4.拯救臭氧层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(λ240nm)O+OO2+OO32）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）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+hγ3O2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。动画主要的CFCs是：CFC-11一氟三氯甲烷CCl3FCFC-12二氟二氯甲烷CCl2F2CFC-22二氟氯甲烷CHC1F2CFC-113三氟三氯乙烷C2Cl3F3CFCs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。2臭氧层破坏的原因X+O3XO+O2XO+OX+O2催化剂X＝净反应为：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。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（如图）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：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》SO2H2O硫酸盐被O、O2、O3氧化光化学氧化催化剂天然源人为源海浪飞溅干沉降湿沉降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。1.酸雨现象及其发展2.酸雨的来源与形成3.酸雨的危害4.防治酸雨的对策环境学导论1.酸雨现象及其发展酸雨（acidrain）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BertBolin等向大会做了题为“跨越国境的空气污染，空气和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.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。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：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。环境学导论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：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HNO3NO2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HONO2b.NO2转化为过氧化乙酰基硝酸酯和过氧硝酸（HO2NO2）PAN环境学导论NO、NO2N2O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NH3环境学导论2002年我国酸雨分布返回环境学导论酸雨污染致使鱼类死亡环境学导论受酸雨腐蚀的水稻环境学导论图受酸雨腐蚀的自由女神像环境学导论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。环境学导论3）对各种材料的影响酸雨加速了许多用于建筑结构、桥梁、水坝、工业装备、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。4）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，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。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10～100倍。环境学导论4.防治酸雨的对策1）使用低硫燃料和改进燃烧装置2）烟道气脱硫脱氮3）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SO2的排放。环境学导论思考题与习题