研究温室效应产生的原因

引言人类诞生几百万年以来，一直和自然界相安无事。因为人类的活动能力，也就是破

坏自然的能力很弱，最多只能引起局地小气候的改变。但是工业革命以来情况就不一样了，因为工

业化意味着大量燃烧煤和石油，意味着向地球大气排放巨量的废气。其中二氧化碳气体造成大气温

室效应，使全球变暖，极冰融化，海平面上升；二氧化硫和氮氧化物可以形成酸雨；氯氟烃气体能

破坏高空臭氧层，造成南极臭氧洞和全球臭氧层减薄。此外，工业化排放的污染气体也使人类聚居

的城市成了浓度特高的大气污染岛……人类在发展经济，提高生活质量的同时，无形中闯下了弥天大祸。这些弥天大祸看起来似乎是天灾，实际上却不折不扣是人类自己造成的人祸。这也就是地球大气对人类进行的可怕的报复，大自然是决不会因为人类的无知而原谅人类的。

1992年6月，世界各国元首、政府首脑云集巴西里约热内卢，在联合国《气候变化框架公约》上签字。为什么气候变化这样一个普普通通的科学问题，会变得如此令人关注？

原来，工业革命以来，由于人类大量燃烧化石燃料和毁灭森林，使全球大气中二氧化碳（CO

2

）含量在百年内增加

了25％。如果按目前CO

2浓度的增加速度，到2100年大气中CO

2

含量将比工业革命前增加一倍。科学家们预测，那

时全球平均气温将会上升1.0℃-3.5℃，将引起极冰融化，海平面上升15-95厘米，淹没大片经济发达的沿海地区。另外还会引起其他一系列问题，事关重大。因此世界各国领导人才坐到一起，共同商讨削减CO

2

的排放量问题。

研究温室效应产生的原因

活动内容

研究温室效应产生的重要原因之一—比较二氧化碳气体和空气的吸热本领.

活动目的

1、了解什么是温室效应？研究温室效应产生的原因.培养研究问题的科学态度和科学方法.

2、了解温室效应对人类生存环境产生的影响培养学生保护生态环境的意识.

活动准备

1、准备器材：三个大试管，三支温度计三个有孔橡皮塞，三张黑色图画纸.制取并收集水蒸气装置（酒精灯、铁架台、烧瓶、胶塞导管、适量清水），制取并收集二氧化碳装置一套（启普发生器、导管、碳酸钙、稀盐酸适量）.

活动过程

1.实验原理与设计

用三个密封的大试管当作“温室”，三个“温室”中分别装有空气、二氧化碳气体和水蒸气，并分别用一张黑色图画纸包住，便于吸热.用温度计测出“温室”中气体的温度，然后同时将三个大试管放在阳光下晒，相一段时间后，测出三种气体的温度，并对实验结果进行分析研究，找出温室效应产生的原因.

2.实验步骤图93－1

（1）取三个大试管，分别用一张黑色图画纸包住。

（2）三个大试管分别贴上“空气”、“二氧化碳”、“水蒸气”标签，并装入相应气体，用插有温度计的橡皮塞密封塞好（如图）

（3）测出三个瓶中三种气体的温度，将三个瓶子同时放在阳光下晒，放置方式相同，接受阳光面积要基本相同。记下各气体日晒前温度、日晒后温度、一段时间后下降温度、温度差。

（4）重复实验，并做好记录。

3.问题讨论

实验表明，装有二氧化碳气体和水蒸气的温度都比空气的温度上升得高，是不是二氧化碳和水蒸气都是产生温室效应的原因呢？科学家们研究表明大气层中的水蒸气含量没有发生什么变化，但二氧化碳的含量逐年升高，可见造成温室效应的重要原因是二氧化碳气体含量升高.当然研究还表明二氧化碳含量的升高并非是温室效应的唯一原因.

（1）深入调查了解“温室效应”产生的原因

（2）了解“温室气体”及其特性

（3）温室效应会对环境和人类生活造成的影响、危害

（4）防止温室效应，保护人类生存的环境

资料太阳其实是不断向四面八方发出射线﹐这些射线的波长段是在紫外光到红外线之间。这些太阳射线可以在通过大气层时不太会被空气中的气体所吸收。当这些射线到达地球表面时﹐它们就会被物体所吸收﹐转成了热﹐所以地球表面和海面亦是暖的。这些“热”了的物体亦因它们“热”了﹐而放射出另一种波长较长的射线(红外线)﹐向四方八面散射出去。

虽然同是射线﹐但这些红外线却不像那些来自太阳的。它们在经过大气层时﹐是会被气体如水蒸气﹐臭氧﹐二氧化碳和其它的气体所吸收。(这些可以吸收红外线的气体﹐可统称为“温室气体”) 这些气体在吸收了这些红外线并将其转化成热﹐因而令附近的温度上升。这些气体一如地面上的物质一样﹐“热了”亦会散射出红外线。一些会射向外层空间﹐一些则会反射回地面。这些温室气体因而好像地球的一张“被”﹐为地球保温。

温室效应

由二氧化碳﹐水蒸气和其它温室气体所造成的暖化效应我们都称这为温室效应。空气中水蒸气的含量比起二氧化碳的含量高出很多(虽然水蒸气在空气中的含量并不如二氧化碳般较为稳定)﹐所以温室效应的暖化效果主要是水蒸气造成的。但是有部分波长的红外线是水蒸气不可吸收的。二氧化碳所吸收的红外线波长刚刚有部份是在这个空隙的。如果二氧化碳的浓度上升﹐那么这些热就会被保存着﹐令地球更加暖化。

虽然水蒸气在大气中向来大体上都有一定的浓度﹐但二氧化碳的浓度却不然。自从欧洲发生了工业革命﹐二氧化碳在大气中的含量就开始上升。在工业革命前﹐大气中二氧化碳的浓度约为280-90 ppm, 但是在1990年﹐浓度已上升成大约340 ppm.

地球暖化起来并不只是因为二氧化碳的浓度上升﹐其它的温室气体的浓度亦是一个因素。我们常在谈论温室效应的时候也谈起二氧化碳﹐只是因为二氧化碳的影响性为最大(它在大气中的浓度正不断上升)。虽然其它的温室气体在大气中的浓度比二氧化碳低很多﹐但它们对红线的吸收力﹐却比二氧化碳好﹐所以﹐它们的潜在影响力比较大。

温室效应除了会令地球气温上升外﹐也可使沿海地区被海水淹没﹐虽然如此﹐若没有温室效应的话﹐地球表面的平均温度﹐将为-18度﹐而不是现在的15度。

下图简略地说明地球大气层的长期辐射平衡情况。太阳总辐射量(240瓦每平方米)和红外线的释放量应要均等。其中约三分之一(103瓦每平方米)的太阳辐射会被反射而余下的会被地球表面所吸收。此外，大气层的温室气体和云团吸收及再次释放出红外线辐射，使到地面更暖，高出约33℃。

几种主要温室气体的特性

‘温室效应’的影响

i) 气候转变：‘全球变暖’

温室气体浓度的增加会减少红外线辐射放射到太空外，地球的气候因此需要转变来使吸取和释放辐射的份量达至新的平衡。这转变可包括‘全球性’的地球表面及大气低层变暖，因为这样可以将过剩的辐射排放出外。虽然如此，地球表面温度的少许上升可能会引发其他的变动，例如：大气层云量及环流的转变。当中某些转变可使地面变暖加剧(正反馈)，某些则可能令变暖过程减慢(负反馈)。

利用复杂的气候模式，‘政府间气候变化专门委员会’在第三份评估报告估计全球的地面平均气温会在2100年上升

1.4至5.8度。这个预计已考虑到大气层中悬浮粒子倾于对地球气候降温的效应与及海洋吸收热能的作用 (海洋有

较大的热容量)。但是，还有很多未确定的因素会影响这个推算结果，例如：未来温室气体排放量的预计、对气候转变的各种反馈过程和海洋吸热的幅度等等。

ii) 海平面升高

假若‘全球变暖’正在发生，有两种过程会导致海平面升高。第一种是海水受热膨胀令水平面上升。第二种是冰川和格陵兰及南极洲上的冰块溶解使海洋水份增加。预期由1900年至2100年地球的平均海平面上升幅度介于0.09米至

0.88米之间。。

对人类生活的潜在影响

i) 经济的影响

全球有超过一半人口居住在沿海100公里的范围以内，其中大部份住在海港附近的城市区域。所以，海平面的显着上升对沿岸低洼地区及海岛会造成严重的经济损害，例如：加速沿岸沙滩被海水的冲蚀、地下淡水被上升的海水推向更远的内陆地方。

ii) 农业的影响

实验证明在CO2高浓度的环境下，植物会生长得更快速和高大。但是，‘全球变暖’的结果可会影响大气环流，继而改变全球的雨量分布以及各大洲表面土壤的含水量。由于未能清楚了解‘全球变暖’对各地区性气候的影响，以致对植物生态所产生的转变亦未能确定。

iii) 海洋生态的影响

沿岸沼泽地区消失肯定会令鱼类，尤其是贝壳类的数量减少。河口水质变咸可能会减少淡水鱼的品种数目，相反该地

区海洋鱼类的品种也可能相对增多。至于整体海洋生态所受的影响仍未能清楚知道。

iv) 水循环的影响

全球降雨量可能会增加。但是，地区性降雨量的改变则仍未知道。某些地区可有更多雨量，但有些地区的雨量可能会

减少。此外，温度的提高会增加水份的蒸发，这对地面上水源的运用带来压力。

全球变暖的对策

对大气温室效应造成的全球变暖的对策主要有以下三个方面。

第一方面是减少目前大气中的CO2。目前最切实可行的办法是广泛植树造林，加强绿化；停止滥伐森林。用太阳光的光合作用大量吸收和固定大气中的CO2。其他还有利用化学反应来吸收CO2的办法，但在技术上都不成熟，经济上更难大规模实行。

第二方面是适应。这是无论如何必须考虑的问题。例如，除了建设海岸防护堤坝等工程技术措施防止海水入侵外，有计划地逐步改变当地农作物的种类和品种，以适应逐步变化的气候。日本北部因为夏季过凉，过去并不种植水稻，或者产量很低。但是由于培育出了抗寒抗逆品种，现在连最北的北海道不仅也能长水稻，而且产量还很高。这就是一个很好的例子。由于气候变化是一个相对缓慢的过程，只要能及早预测出气候变化趋势，适应对策是能够找到并顺利实施的。

第三方面是削减CO2的排放量。这就是1992年巴西里约热内卢世界环境与发展大会上，各国领导人共同签字的《气候变化框架公约》的主要目的（框架是指比较原则，有待进一步具体化的意思）。公约要求在2000年发达国家应把CO2排放量降回到1990年水平，并向发展中国家提供资金，转让技术，以帮助发展中国家减少CO2的排放量。因为近百年来全球大气中CO2浓度的迅速升高，绝大部分是发达国家排放造成的。发展中国家首先是要脱贫，要发展。发达国家有义务这样做。

但是，由于公约是框架性的，并没有约束力，而且削减CO2排放量直接影响到发达国家的经济利益，因此有的发达国家不仅没有减排，还在增排，2000年根本不可能降到1990年水平。在1997年12月11日结束的联合国气候变化框架公约缔约方第3次大会上（日本京都会议），发展中国家和发达国家展开了尖锐紧张的斗争，最后发达国家作出让步，难产的《京都议定书》终于得到通过。议定书规定，所有发达国家应在2010年把6种温室气体（CO2、一氧化二氮、甲烷和三种氯氟烃）的排放量比1990年的水平减少5.2％。这虽与发展中国家的要求到2010年减少15％，到2020年再减少20％的目标相差很大，但毕竟这是一份具有约束力的国际减排协议。

新科技与温室效应

1、燃料电池为温室效应尾气排放治理提供最佳解决方案

从长远角度看，矿物能源作为汽车燃料终将被替代。为了确保交通模式的可持续发展，人们必须在自然资源枯竭之前就找到替代性动力能源。此外，产业界及政界人士也受到日益严重的压力，需要他们重新考虑全球交通形势发展所造成的难题。然而，哪一种替代能源是最理想的呢？通用汽车公司与欧宝公司联手研究这一课题，对不同的驱动系统和燃料的温室效应气体的排放量进行全面的考察。通用汽车的研究项目对44种燃料及在2010年之前可能采用的18种替代型驱动理念进行了分析研究，结果证明以燃料电池替代燃料是最佳方案。当采用生物手段、风力或太阳能等可再生方式获取氢时，就可得到最佳的环境保护效应。在这样的加工链过程中，不会产生任何污染物或可导致温室效应的气体排放物。从生态角度看，最佳的模式是借助由可再生能源生产的电力来制造氢，然后将氢用于燃料电池。这种模式具有以下五个令人心服的优点，因而可成为未来汽车的驱动系统：

不产生污染性排放物

不产生二氧化碳尾气

采用极高效率系统后能量消耗少

整套操作系统几乎不产生噪音

具备巨大发展潜力

2、“温室效应”与防红外热效应涂料

防红外热效应涂料的发明是急人类环境所急，应“温室效应”所需。这个项目的核心技术在于运用特种材料和科学的配方制造成多种适应性广的优质涂料，涂饰在怕被晒热物体的表面，最大限度地减少物体对太阳红外辐射能的吸收，防止物体温度过高。这对改善人类生活、生产的酷热环境和减少能耗、减少轻质液态产品的蒸发损失、防止压缩气贮罐过热升压、减少火灾和爆炸事故隐患、防止有关物品过快地腐败变质等发挥重大作用，为人类社会作出重要贡献。

3、利用垃圾沼气发电环保与经济效益“双赢”

利用垃圾沼气发电可实现环保效益和经济效益“双赢”。这是因为，垃圾填埋场沼气的主要含量是甲烷和二氧化碳，它们不仅严重污染大气环境，加剧地球温室效应，而且易引起自燃和爆炸事故。水阁垃圾填埋气发电厂现在每年处理的沼气，相当于３９００公顷森林一年进行光合作用消耗的二氧化碳总量，或者是减少３６０００辆轿车一年行驶１００００公里所排放的二氧化碳总量。将垃圾化腐朽为电力，不但可以减少垃圾环境污染，杜绝燃爆事故，还可将污染物转化为“绿色能源”。

附：实验报告

研究温室效应产生的原因之——比较二氧化碳气体和空气的吸热本领

一、实验小组人员：

二、时间： 2004年 7 月 27 日天气晴气温 32℃

三、实验目的：

1、学习水蒸气和CO2气体制取方法.

2、学会测气体的温度.

3、学会研究问题的基本方法，分析研究温室效应产生的原因.

4、培养动手能力，培养的科学态度.

四、器材准备：

三个大试管，三支温度计,三个有孔橡皮塞，三张黑色图画纸,制取并收集水蒸气装置（酒精灯、铁架台、烧瓶、胶塞导管、适量清水），制取并收集二氧化碳装置一套（启普发生器、导管、碳酸钙、稀盐酸适量）

五、实验步骤：

（1）取三个大试管，分别用一张黑色图画纸包住。

（2）三个大试管分别贴上“空气”、“二氧化碳”、“水蒸气”标签，并装入相应气体，用插有温度计的橡皮塞密封塞好

（3）实验前分别测出三个瓶中三种气体的温度

（4）将三个瓶子同时放在阳光下晒，放置方式相同，接受阳光面积要基本相同。

（5）一个小时后，测量各气体日晒后温度。

（6）拿走黑纸，一个小时后，测量各气体温度。

六、实验结论：

结论：二氧化碳、水蒸气升温都比空气快，降温比空气慢（即保温比空气好）。

七、活动小结：

这次研究性学习，我了解了有关“温室效应”的知识。通过自己动手做实验，找到了造成“温室效应”的气体之一，由此我对研究“温室效应”产生了浓厚的兴趣，这不仅

培养了我学习研究问题的科学态度，教会我将所学知识应用到实践中去，还使我增强了环保

意识，学到了许多在课堂上学不到的知识。