环境科学导论重点

1第一章绪论1、社会环境：是指人类的社会制度等上层建筑条件，包括社会的经济基础、城乡结构以及同各种社会制度相适应的政治、经济、法律、宗教艺术、哲学的观念与机构等2、自然环境：是人类赖以生存和发展的各种自然因素的总和，即通常所称的自然界自然环境是一个由近及远和由小到大的有层次的系统，包括：生存环境、地理环境、地质环境、宇宙环境本书所研究的环境就是上述的地理环境，包括地球表层的动物、植物和微生物等全部有机体已经同它们相互作用的其他非生物要素，其范围大体上与生物圈相当。3、环境问题：所谓环境问题，就是指作为中心事物的人类与作为周围事物的环境之间的矛盾。特别是指人类与环境之间相互的消极影响。4、与过去的环境问题相比，当代环境问题有如下特点：1、人类自身的发展达到了一个关键的时刻2、当代的许多人为过程的强度和规模，达到了可以同自然过程相匹敌的程度，而且有些过程更是大大超过自然过程3、原来深埋于地下的许多矿物被采掘出来，散布世界各地，现已查明其中多种重金属有毒性和致癌、致畸变作用4、人类大规模干预环境的行动中，有一些可能造成某些自然过程不可逆转的改变5、在当代人类与环境的矛盾中，人口增长成为矛盾的主要方面。如何在尽可能短的时期内控制世界人口的增长，使世界人口稳定在适度的规模，成为解决环境问题的关键6、环境保护运动发展到空前的规模，成为公众、政府和国际都十分关心的问题，并深入到日常生活和经济、政治各领域中5、地球系统科学、环境科学和生态学之间的关系A从研究包括人类在内的地球系统角度研究人类和地球表层关系产生地球系统科学。B从环境质量演化的角度研究人类和地球的关系及地球的变化产生了环境科学。C从生物生存环境的角度地球的变化产生了生态学。研究对象一致，研究角度不同，三者研究领域既有交叉又有差异。第二章地球环境的发生与演变一、地球生命起源1、地球的轮廓形成于大约46亿年前2、原始大气以H2、CH4、NH3和H2O等还原性气体为主3、大约38亿年前出现水,沉积岩，原始地壳的出现4、生命的诞生，生命起源问题也是一个有争议的话题，生命的诞生大约从30亿年前开始。5、20亿年前更为进化的原始细菌化石，并有类似于藻类的生物，内部已含有细胞核。这时含氧的大气圈开始形成。6、二叠纪的重大事件是一些物种的大规模灭绝，两栖类灭绝了约75%，爬行类灭绝了80%7、白垩纪以生物又一次大规模灭绝而告终，其中众所周知的是恐龙的灭绝。二、生命进化生命的诞生和进化经历了从无机到有机、从简单到复杂、从低级到高级的过程三、地球演化的环境启示1、地球上生命与人类的出现，在其必然性后面，潜在着巨大的偶然性2、地理环境历来处于不断的变化之中3、环境与生命的演化有一种逐渐加速的趋势2第三章人类与大气圈1、大气圈：包围着整个地球的空气层，是由气体和悬浮物组成的复杂流体系统2、氧革命（名词解释）20亿年前，含叶绿素的生物（主要是蓝绿藻）出现，是大气圈发育历史上另一个划时代的事件，光合作用产生了O2，进而与其他原始大气反应，生成N2、O3等现代气体成分，为更高等的海洋植物出现提供了条件CH4+2O2→CO2+2H2O4NH3+3O2→2N2+6H2OO2+O→O3大气圈中O2含量变化的岩石学证据：证据一是叠层石，证据二是20亿年前形成的铁矿3、大气污染：由于自然的或人为的过程，改变了大气圈中某些原有成分和增加了某些有毒物质，致使大气质量恶化，影响原来有力的生态平衡体系，严重威胁着人体健康和正常工农业生产，损坏建筑物和设备财产等，这种现象称为大气污染4、大气污染的分类按照大气污染影响的范围：局部性污染、地区性污染、广域性污、全球性污染按照能源性质和大气污染物组成和反应：煤炭型、石油型、混合型和特殊型按照污染物的化学性质及其存在的大气环境状况：还原型和氧化型还原型污染：又称为煤炭型污染，多发生在以燃煤为主、兼用燃油的地区，主要污染物SO2、CO和颗粒物。在出现逆温天气时，此类污染物容易在低空积累，生成还原性烟雾，典型实例：伦敦烟雾事件。这种污染实际上是第二种分类中的煤炭型和混合型污染氧化型污染：又称为汽车尾气型污染，多发生在以石油为燃料的地区，主要污染源为汽车尾气、燃油锅炉和石化企业。光化学烟雾：氧化型污染生成的一次污染物CO、NO和碳氢化合物在阳光下发生光化学反应，生成二次污染物O3、醛类和过氧乙酰硝酸酯（PAN）等。此类物质具有极强的氧化性，典型实例：洛杉矶烟雾事件光化学反应：在环境中主要受阳光的照射，污染物吸收光子而使该物质分子处于某个电子激发态，而引起与其他物质发生的化学反应。大气污染物的种类：根据污染物的性质，可将其分为一次污染物（原发性污染物）与二次污染物（继发性污染物）一次污染物是从污染源直接排出的污染物，它可分为反应性物质和非反应性物质。前者不稳定，还可与大气中其他物质发生化学反应；后者比较稳定，在大气中不与其他物质发生反应，或反应速度缓慢二次污染物是指不稳定的一次污染物与大气中原有物质发生反应，或者污染物之间相互反应，从而生成新的污染物质，这种新的污染物质与原来的物质在物理、化学性质上完全不同PM2.5:(2.5um小于等于2.5微米颗粒的颗粒物，能进入人体肺部。TSP：大气中的总悬浮颗粒过氧乙酰硝酸酯（PAN）VOC是挥发性有机化合物气溶胶：由固体或液体小质点分散并悬浮在气体介质中形成的胶体分散体系化学分类：根据化学性质不同，一般把大气污染物分为以下8类(简答题）碳氧化物，主要指CO和CO2氮氧化物，主要指NO和NO2，用NOx表示硫氧化物，主要指SO2等，用SOx表示碳氢化合物，通常包括醛、酮和H-C-O化合物卤素化合物，主要指氟利昂(CFC)氧化剂，主要指O3、PAN和过氧化物颗粒物及气溶胶放射性物质此外，有的地区还有汞蒸气、铅蒸汽和石棉等污染5、二氧化硫（SO2）(重要)SO2是大气中分布广、影响大的物质，常用它作为大气污染的主要指标3SO2的自然源：火山爆发和还原态硫化物（H2S）的氧化SO2的人为源：化石燃料（主要是煤）的燃烧，其次是有色金属冶炼、石油加工和硫酸制备等SO2进入大气圈后会产生一系列氧化反应，形成H2SO4、硫酸盐和有机硫化合物目前，一般认为SO2的氧化过程由两种途径：催化氧化和光化学氧化。太阳辐射强度、温度、湿度、气溶胶、云、雾及氧化剂均是影响SO2转化的途径和速率的重要因素（填空题）二氧化硫的催化氧化和光化学氧化在阴天，相对湿度高和颗粒物浓度大的条件下，SO2的转化途径以催化氧化为主在晴天，相对湿度低，大气中同时含有氮氧化物和碳氢化合物时，尤其是颗粒物含量很少时，SO2的转化途径则以光化学氧化为主SO2氧化后立即与H2O反应，生成H2SO4。如果大气中还有NH3存在时，就会生成(NH3)2SO4所以，大气中的SO2经过一系列的化学转化之后，最终形成硫酸或硫酸盐，然后以湿沉降或干沉降的方式降落到地球表面二氧化硫的光化学氧化（名词解释）：在低层大气中，SO2受太阳辐射时被缓缓地氧化成SO3。但是，一旦生成SO3它便迅速地与大气中的水蒸气反应转变为H2SO4..。如果含有SO2的大气中同时存在氮氧化物和碳氢化合物，则SO2转化为SO3的速度大大提高，并经常伴随着大量气溶胶的形成。6、碳氢化合物的来源、转化即归宿碳氢化合物主要包括烷烃、烯烃、炔烃、脂环烃和芳香烃主要来自汽车尾气、燃料燃烧、有机溶剂的挥发、石油炼制和运输光化学反应：在环境中主要是受阳光的照射，污染物吸收光子而使该物质分子处于某个电子激发态，而引起与其它物质发生的化学反应。如光化学烟雾形成的起始反应是二氧化氮（NO2）在阳光照射下，吸收紫外线（波长2900~4300A）而分解为一氧化氮（NO）和原子态氧（O，三重态）的光化学反应，由此开始了链反应，导致了臭氧及与其它有机烃化合物的一系列反应而最终生成了光化学烟雾的有毒产物，如过氧乙酰硝酸酯（PAN）等光化学烟雾：是汽车、工厂等污染源排入大气的碳氢化合物（HC）和氮氧化物（NOx）等一次污染物在阳光（紫外光）作用下发生光化学反应生成二次污染物，参与光化学反应过程的一次污染物和二次污染物的混合物（其中有气体污染物，也有气溶胶）所形成的烟雾污染现象。所生成二次污染物O3、醛类和过氧乙酰硝酸酯（PAN）等具有极强的氧化性光化学烟雾的形成机理1、NO向NO2转化是产生“烟雾”的关键：在低层大气中一次污染物NO、CO、N2、C3H6、O2等都不吸收紫外线辐射，在污染空气中只有NO2吸收紫外辐射。而空气中的NONO来源于燃料燃烧：2NO22NO+O2``2NO22、NO2的光解是“烟雾”形成的开始：NO2光解的结果产生NO和O，随即形成O3因此，大气中NO、NO2和O3之间的反应不断循环。如果大气中只发生NO2的光解循环，就无法产生光化学烟雾。当大气中同时存在HC，NO2的光解循环才能被打破。3、HC是产生光化学烟雾的主要成分。4、PAN是“烟雾”的最终产物。NO2光解产生的O、O3和HC反应形成一系列带有氧化性、刺激性的中间产物和最终产物，从而导致光化学烟雾的形成。产生温室效应的气体：CO2、NO2、CFCS（氟利昂）CH4、、O3等7、阳伞效应：颗粒物一方面反射部分太阳光，减少阳光的入射，从而降低地表温度；另一方面也能吸收地面辐射到大气中的热量，起着保温作用。两者相比，一般认为前者大于后者，因此总的效应是使气温降低。4颗粒物对大气环境的影响1、大气中颗粒物增多的总效应是使气温降低，这就是阳伞效应2、大气中颗粒物增多会减弱光照，影响光合作用，造成作物减产。3、大气中颗粒物增多，还会导致局部地区降水量增加。南极臭氧洞：1974年，加利福尼亚大学化学系的罗兰和莫利纳在克鲁特森研究的基础上提出，人工合成的某些含氯和含溴的化合物是造成南极臭氧洞的主要原因。此类物种中最典型的就是被广泛使用的氟利昂和哈龙，前者是最常用的制冷剂和喷雾剂，后者用于灭火器。臭氧层破坏对人类环境的影响：1、臭氧的破坏，首先会导致紫外线(UV)长驱直入地球表面。紫外线辐射量的增加，首先会降低人体的免疫力功能，危害呼吸器官和眼睛、诱发慢性病、增加皮肤癌发病率。2、其次，过量紫外线辐射可能限制植物的正常生长，使叶绿素的光合作用能力下降20%-30%，造成主要农作物的减产，威胁人类的生存。3、另外，过量紫外线辐射，还会引起海洋生物的大量死亡，进而影响食物链，造成某些生物的灭绝。保护臭氧层的措施（禁止使用氟利昂）：《蒙特利尔协议书》的中心思想，就是限制CFCS（氟利昂）的生产，用其他代用品来限制CFCS（氟利昂）的使用量和释放量。酸雨：大气中酸性物质的湿沉降和干沉降的总称（ph值小于5.6的大气降水）人为活动向大气层排放大量的硫、氮氧化物是环境酸化的主要原因。酸雨形成的机制一般认为，酸雨是由SO2、NOx和氯化物等大气污染物，在一定条件下通过化学反应而生成H2SO4、HNO3和HCl并随雨、雪等降落到地面。酸雨的主要成分是H2SO4和HNO3，它们占酸雨总酸量的90％以上。酸雨中H2SO4与HNO3之比，与燃料的结构和燃烧温度有很大关系。在发达国家与地区，酸雨H2SO4与HNO3之比一般为3∶2或2∶1。我国为10∶1。酸雨的危害（1）对水生生态系统的危害（2）对陆生生态系统的危害（3）对建筑材料和古迹的危害（4）酸雨对人体健康的影响大气污染的危害1、大气污染对人体健康的危害：急性中毒、慢性中毒、重要生理机理的变化、疑难杂症、精神上的影响。2、大气污染对植物的危害分为急性危害、慢性危害和不可见危害3种情况。3、大气污染对物体的腐蚀大气污染物对仪器、设备和建筑物等，都有腐蚀作用。如金属建筑物出现的锈斑、古代文物的严重风化等。4、大气污染对全球大气环境的影响大气污染发展至今已超越国界，其危害遍及全球。对全球大气的影响明显表现为三个方面：一是臭氧层破坏，二是酸雨腐蚀，三是全球气候变暖。第四章人类与水圈1、水圈：海洋和陆地上的液态水和固态水构成一个大体连续的圈层覆盖着地球表面，它包括江河湖海中一切淡水和咸水、土壤水、浅层与深层地下水以及两极冰帽和高山冰川中的冰，还包括大气中的水滴和水蒸气，这