何强环境学导论课件-全球

环境学导论
b. NO2转化为过氧化乙酰基硝酸酯和过氧硝酸（HO2NO2）
PAN
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N2O
NO、 NO2
人 为 源 天 然 源
硝酸 铵盐
干 沉 降 湿 沉 降
天 然 源
NH3
天 然 源
图 氮化合物在大气中的迁移过程
2002年我国酸雨分布
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酸雨污染致使鱼类死亡
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3.全球变暖可能产生的影响
1、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。
未来海平面变化的预测
预测者 预测年份 上升量（cm） 2025 20~140 世界气象组织（WMO） Mercer 2030 500 3、对农业的影响：世界粮食生产的稳定性和分布状况 2030 26~165 日本环境厅 Bloom 的改变，农产品贸易模式的变化。 2030 100 20~165 欧洲共同体 21世纪 Barth&Titus 2025 13~55 65 联合国环境规划署（UNEP） 21世纪末
表 名 称 CO2 大气中温室气体的现有浓度和增长率 现有浓度/ppm 350 估计年增长率/％ 0.4
平流层臭氧
对流层臭氧 CH4
0.1～10（随高度变化）
0.02～0.1（随高度变化） 1.7
-0.5
0～0.7 1～2
N2O
CO
0.3
0.12
0.2
0.2
氟里昂CFC11
氟里昂CFC12
0.23×10－3
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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

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. 2. 3. 4. 近百年来的全球气候 温室效应与温室气体 全球变暖对人类的影响 控制全球变暖的综合对策
1. 2. 3. 4.
酸雨现象及其发展 酸雨的来源与形成 酸雨的危害 防治酸雨的对策
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1. 酸雨现象及其发展
酸雨（acid rain）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Bert Bolin等向大会做了题为“跨越国境的空气污染，空气和
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：
Why?
太阳光组成：红外光50%；可见光40%； 紫外光10%；其余部分1%；
6000k 288k
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。
净反应为： 催化剂X＝
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。
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 (λ<240nm)
O2 + O O3
O + O

2）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）
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。
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。
H2O
被O、O2、O3
氧化
SO2
催化剂 光化学氧化
硫酸 盐
天 然 源
人 为 源
海 干 湿 浪 沉 沉 飞 降 降 溅Leabharlann 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。
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 + hγ
3O2
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
2臭氧层破坏的原因
主要的CFCs是： CFC-11 CFC-12 CFC-22 一氟三氯甲烷 CCl3F 二氟二氯甲烷 CCl2F2 二氟氯甲烷 CHC1F2
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HNO3 NO2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HONO2
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》
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：
4、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CO2
1、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》
控制温室气体剧增的基本对策有： 1）. 调整能源战略
1999年世界上一些国家二氧化碳的人均排放量
15.2 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. 2. 3. 4. 臭氧层变化与臭氧洞 臭氧层破坏的原因 臭氧层的变化对人类的影响 拯救臭氧层
受酸雨腐蚀的水稻
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图 受酸雨腐蚀的自由女神像
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。
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。
节能降耗、采用新能源
CO 2 排放量/亿t
60 50 40 30 20 10 0
美国
中国
日本
德国
印度
英国
法国
波兰
俄罗斯