+全球性大气环境问题与大气污染控制

1,第六节 全球大气环境问题,全球气候变化,臭氧层破坏,酸雨,2,温室效应,一、全球气候变化,3,大气中的CO2、CH4等气体对太阳发出的短波吸收很弱， 而对地面长波辐射吸收很强，从而使散失到大气层以外的热量相对减少，地球表面的温度得以维持，大气这种对地表热辐射遮挡保温的属性类似温室中玻璃具有的作用，故被称为温室效应。,温室效应的定义 (Greenhouse Effect),4,全球变暖,原因：温室效应的加剧,温室气体： CO2、CH4、二氯乙烷、臭氧、氯氟烃(CFC-11、CFC-12)、四氯化碳、氧化亚氮等，其中尤以CO2的温室作用最明显。,5,气候变暖的主要原因,自然因素,包括太阳活动、地球轨道参数的改变、地外物体的撞击等。其中，对太阳黑子活动影响的研究较多。最近100年以来的太阳黑子相对数也呈现一个增强的趋势，与大气中二氧化碳的浓度值和全球变暖的趋势基本吻合。,人为因素,包括两方面内容：一方面，工业生产，燃料燃烧排放大量的温室气体，引起温室效应增强；另一方面，热带森林和温带植被的破坏间接改变了大气中温室气体的浓度，也可使气候变暖。,6,1、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、影响沿海养殖业等。,全球变暖可能产生的影响,7,全球气候变暖的悲剧性象征,2、影响农业和自然生态系统,3、加剧洪涝、干旱及其他气象灾害,4、影响人类健康,8,减缓全球变暖的对策,2、控制CO2向大气排放,3、从大气中消除过量的CO2,4、研究、制定适应气候变化的措施与规划,控制化石燃料的消费；采用排放量少的能源； CO2的固化；保护热带雨林等,保护热带雨林；植树造林；通过海洋生物吸收固化,沿海城市规划；作物品种、耕种体制、适耕地区的规划等,1、加强国际合作，缔结国际公约,气候变化框架公约,9,减缓全球变暖的对策,1加强国际合作，缔结国际公约 气候变化框架公约 2能源发展战略 控制CO2向大气排放 （1）节约能源，提高能源利用效率。 （2）改善能源结构，积极发展新能源。 3生态建设战略 从大气中消除过量的CO2:保护热带雨林；植树造林；通过海洋生物吸收固化,10,4研究、制定适应气候变化的措施与规划 沿海城市规划；作物品种、耕种体制、适耕地区的规划等 5加强科学研究和预警,11,平流层的温度曲线。,二、臭氧层破坏,（一）臭氧层主要特征,离地面15-35km的平流层中 臭氧非常稀少：1千万个大气分子中只有三个臭氧分子。,12,臭氧的浓度单位 柱浓度法：在0下，如果沿着垂直于地表的方向将大气中的臭氧全部压缩到一个标准大气压，那么臭氧层的总厚度只有3mm左右。这种用从地面到高空垂直柱中臭氧的总层厚来反映大气中臭氧含量的方法叫做柱浓度法，采用多布森单位（Dobson unit，简称DU）来表示，正常大气中臭氧的柱浓度约为300 DU .。,臭氧洞：理论上指臭氧的柱浓度小于200D.U.，即臭氧的浓度较臭氧洞发生前减少30的区域。,（三）臭氧层破坏,13,（四）臭氧层破坏的原因,纯氧理论（Chapman Mechanism）,臭氧吸收紫外线的反应,平流层臭氧形成机理,14,平流层臭氧破坏机理,Y活性物质，包括奇氢HOx、奇氮NOx、奇卤XOx三大家族。,1、催化清除理论 20世纪70年代建立 活性催化物质的链式反应,15,奇氮：超音速飞机排放是NOX的人为来源，破坏O3层,总反应：,16,总反应：,奇氢：HO的来源,17,奇卤：平流层中ClOX天然源来自海洋生物产生的CH3Cl，人为源是制冷剂、灭火剂等。,18,光解产生的 Cl 破坏O3,总反应：,19,三大家族的来源,奇氢HOx 大气中H2O与激活O原子反应 奇氮NOx 宇宙射线分解N2 飞机等人类活动排放 奇卤XOx 人类活动产生的CFCs和含溴氟烷（哈龙，Halons),CFCS 于1930年由美国杜邦公司投入生产，二战后开始大量使用，主要用作气溶胶、制冷剂、发泡剂等,20,2、南极气象过程,极地涡旋 巨大的反应器,极地平流云 云滴的主要成分是HNO3·3H2O和冰晶 吸附并聚集CFCs及哈龙等物质 非均相反应场所,南极冬天：极低温度造成两种非常重要的过程 ：,21,ClONO2+HClCl2+HNO3 ClONO2+H2OHOCl+HNO3,平流云表面发生非均相反应,硝酰 氧氯,南极冬天,22,一个Cl自由基可以消耗104105个O3,Cl2hvCl+Cl HOCl+hvHO+Cl,南极春季,23,南极夏季 温度升高，气象条件发生变化，南极涡旋逐渐消失，非均相反应过程停止。 南极地区臭氧浓度极低的空气传输到地球的其他高纬度和中纬度地区，造成全球范围的臭氧浓度下降。,24,大多数科学家认为，臭氧层的破坏是包含大气化学、气象学变化的非均相的复杂过程。但是导致大气中臭氧减少和耗竭的物质，主要是NOX、氯氟烃化合物(CFCs)，和哈龙（Halons）。,臭氧层破坏的原因,25,思考,为什么北极没有形成臭氧空洞？ 北极为海洋环境，较南极大陆环境温暖；周围分布不规则大陆，大气层较南极不稳定 北极涡旋的温度远较南极高；北极平流云的云量比南极少,26,臭氧损耗物质（ODS）的破坏能力 臭氧耗减潜能（Ozone depletion potential，ODP）,27,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,臭氧含量减少1，地面紫外线增加23,破坏DNA，免疫机制减退 麻疹、水痘、疱疹、细菌感染、真菌感染等 皮肤癌：基底细胞癌、鳞状皮肤癌、恶性黑色素瘤 臭氧层每递减1，皮肤癌的发病率就会上升3 白内障 1%臭氧层的减少，将增加11.5万白内障,28,据国家气象中心提供的报告显示，1979年以来我国大气臭氧层总量逐年减少，在20年间臭氧层减少了14。目前，北京市气象局发布了北京市的紫外线指数，以帮助人们适当预防紫外线辐射。 北京市气象局提醒人们当紫外线为最弱（02级）时对人体无太大影响，外出时戴上太阳帽即可；紫外线达到34级时，外出时除戴上太阳帽外还需备太阳镜，并在身上涂上防晒霜，以避免皮肤受到太阳辐射的危害；当紫外线强度达到56级时，外出时必须在阴凉处行走；紫外线达79级时，在上午10时至下午4时这段时间最好不要到沙滩场地上晒太阳；当紫外线指数大于等于10时，应尽量避免外出，因为此时的紫外线辐射极具有伤害性。,29,臭氧层破坏的危害,2、对陆生植物的影响：产量和质量下降，间接影响,近十几年来，人们对200多个品种的植物进行了增加紫外照射的实验，其中三分之二的植物显示出敏感性。一般说来，紫外辐射增加使植物的叶片变小，因而减少俘获阳光的有效面积，对光合作用产生影响。 对大豆的研究初步结果表明，紫外辐射会使其更易受杂草和病虫害的损害。臭氧层厚度减少25%，可使大豆减产2025%。,30,臭氧层破坏的危害,3、对水生生态系统的影响：降低生产力，影响幼体,水生植物大多数贴近水面生长，这些处于水生食物链最底部的小型浮游植物最易受到平流层损耗的影响，而危及整个生态系统。研究人员已发现臭氧洞与浮游植物繁殖速度下降12%有直接关系，而美国能源与环境研究所的报告表明，臭氧层厚度减少25%导致水面附近的初级生物产量降低35%，光亮带(生产力最高的海洋带)减少10%。,31,臭氧层破坏的危害,4、对材料的影响：加速老化,紫外线的增强还会使城市内的烟雾加剧，使橡胶、塑料等有机材料加速老化，使油漆褪色等。,5、对空气质量的影响,32,（六）臭氧层破坏的控制策略,开发消耗臭氧层物质的替代技术 无氟氯昂制冷设备 制定淘汰消耗臭氧层物质的措施 环境管理手段 经济手段 国际行动 1985年， 25个国家 维也纳公约 1987年， 46个国家 关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔公约,33,三、酸沉降与酸雨,1、酸雨 酸沉降指大气中的酸性物质（主要是H2SO4、HNO3及其前体物SOX、NOX等）通过降水（包括雨、雪、雹、露等形式）或在气流、重力等作用下迁移到地表造成污染的现象。前者称为湿沉降，后者称为干沉降。,34,湿沉降习称酸雨是指pH5.6的各种形式的降水。,湿沉降,干沉降的定义,干沉降则是指没有水份参与的情况下，带酸性物质从空中降下来的方式，通常，大气中酸性物质可被植被吸附或因重力作用沉降到地面。,35,什么是酸雨区?,某地收集到酸雨样品, 还不能算是酸雨区, 因为一年可有数十场雨, 某场雨可能是酸雨, 某场雨可能不是酸雨, 所以要看年均值。 一般认为: 年均降水 pH值高于5.65, 酸雨率是0-20% , 为非酸雨区; pH值在5.30-5.60之间, 酸雨率是10-40% , 为轻酸雨区; pH值在5.00-5.30之间, 酸雨率是30-60%, 为中度酸雨区; pH值在4.70-5.00之间, 酸雨率是50-80%, 为较重酸雨区; pH值小于4.70, 酸雨率是70-100%, 为重酸雨区。 这就是所谓的五级标准,36,2、酸雨的组成和影响因素,90%,HCl,有机酸,酸雨的主要成分,37,影响酸雨形成的因素 酸性污染物的排放 大气中的NH3：抑制酸雨的形成 与H2SO4气溶胶形成中性的NH4HSO4，降低了雨水的酸度。 颗粒物的酸度及其缓冲能力 金属：催化SO2氧化； 酸性物 ：贡献酸雨； 碱性物： 中和酸起缓冲作用 地理和气象因素,38,大气中的NH3的来源 有机物的分解：氨基酸分解 含氮肥料的挥发； 土壤中NH3的挥发：随土壤pH值的上升而增大 北方土壤pH值在7- 8之间，南方土壤pH值5-6。,39,我国酸雨的化学特征：属硫酸型酸雨 pH值低、离子浓度高，硫酸根、铵和钙离子浓度远远高于欧美，而硝酸根浓度则低于欧美。 酸雨中H2SO4和HNO3的比值高 发达国家与地区一般为3：2或2：1 我国为10：1。,40,3、酸雨的形成过程与机制,O2+2H2SO3=2H2SO4,SO3+H2O=H2SO4,41,雨水冲刷污染物之过程可分两个阶段： 首先，污染物在雨滴形成之初期即被吸收，降雨时直接与雨水一起降下，这种形成方式称为雨除作用（Rainout）； 然后，跟随的是雨冲作用（Washout），雨滴在降落过程中与下层的酸气接触及摩擦，而令酸性气体溶在雨中，下降至地面。,42,酸雨形成机制,酸雨的形成是一个复杂的问题，包括物理，化学和物理化学过程。 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。,43,酸雨污染的国际态势,20世纪70 年代开始，英国和西欧排放的SO2使瑞典15 000个湖泊和挪威许多河流酸化； 比利时、荷兰、丹麦、英国和联邦德国的环境酸化程度超过正常值的10倍； 来自俄罗斯彼得堡和科拉半岛等地的酸雨已使芬兰近6万个湖泊中的约10%酸化； 德国声称其森林受到的酸雨危害与英国排到大气中的硫化物有关；意大利北部工业区排出的大气污染物形成的酸雨则导致南斯拉夫大片森林死亡。,44,20世纪80年代，美国东北部的酸雨以蔓延到西部，使整个西部的水资源、林业资源和11个国家公园蒙受损失。同时，这个“空中杀手”还向北扩展到加拿大安大略、魁北克等省，受害面积达120150万km2， 14 000个湖泊和许多地方的地下水酸化，形成美加关系中的“政治污染”。 此外，亚洲、南美洲的许多地区均深受酸雨之害。,45,中国酸雨现状,从20世纪80年代以来，中国的酸雨污染呈加速发展趋势。 在80年代，以重庆、贵阳和柳州为代表的高硫煤使用地区及部分长江以南地区。 到90年代中期，酸雨发展到青藏高原以东及四川盆地的广大地区。 广东、广西、四川盆地和贵州大部分地区已成为与欧洲、北美并列的世界三大酸雨地区之一。,46,思考,我国酸雨污染区主要分布在南方的原因？ 污染源和污染物条件 高硫