第二章大气环境3课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,光化学雾的特征,于,20,世纪,40,年代首次在美国洛杉机发现。其特征是烟雾呈蓝色，具有强氧化性，刺激人们的眼睛，伤害植物叶子，能使橡胶开裂，大气能见度降低。,具有明显的,日变化,：,在相对湿度较低的夏季晴天为多见，高峰出现在正午前后，在夜晚消失。,洛杉矶光化学烟雾事件：,洛杉矶市是美国加利福尼亚州南部太平洋沿岸的海滨城市，那里常年阳光明媚，气候温和，是风景优美的旅游胜地。,洛杉矶市依山傍海，处于,50,公里长的,盆地,中，一年约有,300,天出现,逆温层,，,510,月,阳光强烈,。在逆温天气下，整个城市笼罩在烟雾中。,40,年代初，全市,250,多万辆汽车每天消耗约,1600,万升汽油，向大气排放大量污染物，其中碳氢化合物和氮氧化物在阳光照射下形成了光化学烟雾。自,1946,年以来，洛杉矶市发生,9,次严重的光化学烟雾污染。,3.,光化学烟雾的形成条件,地理条件,：因需要,290-430nm,的辐射,，,而太阳辐射的强弱，主要取决于太阳的高度，即太阳辐射线与地面所成的投射角以及大气透明度等。,天顶角大于,60,，,且地形较为封闭的环境下，污染物聚集后难以扩散；,气象条件,：在,副热高压控制地区的夏季和早秋,季节，天气晴朗，高温低湿，光照充足，有逆温，风力不大，利于污染物在地面累积。,污染源条件,：主要是氮氧化合物、碳氢化合物，来源以石油为原料的工厂和汽车排气,且要达到一定的浓度。,4,、光化学雾形成的主要化学反应与机制,Seiufield,（,1986,）,用,12,个反应概括描述这个过程：,引发反应,NO,2,+ h (290-430nm) NO+,O,O+ O,2,+ M,O,3,+ M,O,3,+ NO NO,2,+ O,2,基传递反应,RH,（,烷基）,+,OH,RO,2,（,过氧烷基）,+ H,2,O,RCHO,（,醛）,+ OH RC(O)O,2,（,过氧酰基）,+ H,2,O,RCHO+hv,RO,2,+ HO,2,+ CO,RO,2,+ NO NO,2,+ OH,RO,2,+ NO NO,2,+ RCHO+ HO,2,（,氢过氧基）,RC(O)O,2,+ NO NO,2,+ RO,2,+ CO,2,OH+NO,2,HNO,3,终止反应,RC(O)O,2,+ NO,2,RC(O)O,2,NO,2,（,PAN-,过氧乙酰基硝酸酯）,RC(O)O,2,NO,2,RC(O)O,2,+ NO,2,小结：,（,1,）光化学烟雾的形成过程是一系列复杂的链式反应组成，是以,NO,2,光解生成,O,的反应,为引发，导致臭氧的形成；,（,2,）由于碳氢化合物的存在，致使,NO,向,NO,2,的快速转化，在此转化中自由基（特别是,HO,基）起了重要的作用。致使不需要消耗臭氧而能使大气中的,NO,转化成,NO,2,，,NO,2,又继续光解产生臭氧；,（,3,）转化中形成的自由基又继续与碳氢化合物反应生成更多的自由基，如此不断地进行链式反应，直到,NO,或碳氢化合物消失为止。,（,4,）最终产物为醛类、臭氧、,PAN,等二次污染物。,5.,光化学烟雾的危害,光化学烟雾的成分非常复杂，但是对动物、植物和材料有害的是臭氧、,PAN,和丙烯醛、甲醛等,二次污染物,。,人和动物受到主要伤害是眼睛和粘膜受刺激、头痛、呼吸障碍、慢性呼吸道疾病恶化、儿童肺功能异常等。,植物受到臭氧的损害，开始时表皮褪色，呈蜡质状，经过一段时间后色素发生变化，叶片上出现红褐色斑点。,PAN,使叶子背面呈银灰色或古铜色，影响植物的生长，降低植物对病虫害的抵抗力。,臭氧、,PAN,等还能造成橡胶制品的老化、脆裂，使染料褪色，并损害油漆涂料、纺织纤维和塑料制品等。,二、温室效应与臭氧层破坏,温室效应：,地球在接受太阳短波辐射的同时也不断向外发射长波辐射，大气中有一些气体具有吸收长波辐射，使其返回地表的特性，因而使得地球外逸辐射减少，地表接受的平均辐射强度增加，导致气温升高，这种现象被称为,温室效应,。,大气中的二氧化碳、水气、甲烷、一氧化碳、臭氧等气体吸收和放出长波辐射的能力特别强，因而被称为温室气体。,温室气体贡献率比较,(,纵坐标为辐射强度 单位：,瓦特每平方米,. W/m,2,),CO2 (carbon dioxide),CH4 (methane),trop. O3 (tropospheric ozone),N2O (nitrous oxide),人为源：,CFC 11+12 (chlorofluorocarbons,),单位质量的各种温室气体增加的全球平均辐射强度比较,2.,臭氧层变化与臭氧洞,（,1,）臭氧存在于地面以上至少,10,千米高度的地球大气层中，遍布整个对流层，其浓度随海拔高度而异。在平流层（离地面,20-25,千米）最高，但也不超过,5 10,13,分子,/,厘米,3,。,（,2,）,对流层臭氧,是继二氧化碳和甲烷之后第三种重要的温室气体。自工业革命以来，,由于对流层臭氧增加引起的,全球平均辐射强度,估计增加了,0.350.2,为W,/,m,2,（,辐射,强度的单位）,。,（,3,）,平流层中的臭氧,吸收掉太阳放射的大量紫外线（,240-329,纳米），为地球提供了一个防止紫外辐射有害效应的屏障。,（,4,）我们所说的,臭氧洞指的是平流层臭氧状态的变化,。可以用一个三维的结构来描述，即臭氧洞的面积、深度及延续时间发生了变化。,3.,臭氧洞的形成,大气臭氧的形成：,O,2,+ O + M O,3,+ M,在平流层，离地面,20-25,千米高度上，氧原子几乎都是由于短波紫外线辐射，使,O,2,分子光解而产生：,O,2,+,hv, O + O,低层大气，尤其对流层中，氧原子主要是由长波紫外线辐射，使,NO,2,光解而产生：,NO,2,+,hv, NO + O,臭氧自身通过紫外线和可见光照射后，也会发生光解：,O,3,+,hv, O,2,+ O,臭氧的损耗,在平流层中的臭氧损耗，主要是通过动态迁移到对流层，在此得到大部分具有活性催化作用的基质和载体分子，从而发生化学反应而被消耗。,O,3,+X O,2,+ XO,X + OX+ O,2,O,3,+ O O,2,+ O,2,式中，,X=H,、,OH,、,NO,、,CL,、,Br,等。,总体上，臭氧在,平流层减少，对流层相对增加，但由于约,90%,的臭氧是在平流层，所以总量在下降。,太阳,平流层,对流层,CFCs,，,N2O,，,CO2,等,缓慢迁移,CL,，,CLO,，,NO,等缓慢迁移,CFC5,光解产生,Cl,，,ClO,及,N2O,，,NO,，,NO2,分解,O3,产生,O2,O,2,O,2,光解产生,O,3,催化剂破坏,O,3,缓慢转移,吸收,ClV,辐射减弱,240-290,纳米；,290-320,纳米（部分）,CO2,痕量气体,CH4,（,生物作用）,光化学烟雾（汽车尾气）,CFCs,排放,（工业与生活应用过程）,CO2,，,NOX,（,锅炉燃烧）,CFCs,，,CO2,自然削减,图,1,影响臭氧浓度的物理化学过程,9/18/1977,9/21/1988,9/10/2000,http:/www.gsfc.nasa.gov/topstory/2002/20020926ozonehole.html,Dark blue indicates area with at least 20% less,ozone than normal.,2001,年和,2002,年的臭氧空洞,http:/www.gsfc.nasa.gov/topstory/2002/20020926ozonehole.html,NASA TOMS, Antarctic,Total Ozone Mapping Spectrometer,http:/,toms.gsfc.nasa.gov/eptoms/dataqual/ozone.html,4.,臭氧空洞的危害,臭氧层中的臭氧能吸收,200,300 nm,的阳光紫外线辐射，因此臭氧空洞可使阳光中紫外辐射到地球表面的量大大增加，从而产生一系列严重的危害。,阳光紫外线辐射能量很高的部分称,EUV,，在平流层以上就被大气中的原子和分子所吸收，从,EUV,到波长等于,290nm,之间的称为,UV-C,段，能被臭氧层中的臭氧分子全部吸收；,波长等于,290,320nm,的辐射段称为紫外线,B,段（即,B,类紫外线），也有,90,能被臭氧分子吸收，从而可以大大减弱到达地面的强度。,如果臭氧层的臭氧含量减少，则地面受到紫外线,B,的辐射量增大，易造成以下多方面的危害,对人体健康：,B,类紫外线灼伤称为,B,类灼伤，这是紫外辐射最明显的影响之一，学名为红斑病。,B,类紫外线也能损耗皮肤细胞中遗传物质，导致皮肤癌。,B,类辐射增加还可对眼睛造成损坏，导致白内障发病率增加。,B,类紫外线辐射也会抑制人类和动物的免疫力。因此,B,类紫外线辐射的增加，可以降低人类对一些疾病包括癌症、过敏症和一些传染病的抵抗力。,对生态系统：,B,类辐射的增加，会对自然生态系统和作物造成直接或间接的影响。例如,B,类紫外辐射对,20,米深度以内的海洋生物造成危害，会使浮游生物、幼鱼、幼蟹、虾和贝类大量死亡，会造成某些生物减少或灭绝，由于海洋中的任何生物都是海洋食物链中重要的组成部分，因此某些种类的减少或灭绝，会引起海洋生态系统的破坏。,B,类辐射的增加也会损害浮游植物，由于浮游植物可吸收大量二氧化碳，其产量减少，使大气中存留更多的二氧化碳，使温室效应加剧。,臭氧对植物叶面的慢性危害,对城市景观：,B,类辐射还将引起用于建筑物、绘画、包装的聚合材料的老化，使其变硬变脆，缩短使用寿命等等。,另外，臭氧层臭氧浓度降低紫外辐射增强，反而会使近地面对流层中的臭氧浓度增加，尤其是在人口和机动车量最密集的城市中心，使光化学烟雾污染的机率增加。,5.,修补臭氧层的措施,1985,年，也就是,Monlina,和,Rowland,提出氯原子臭氧层损耗机制后,11,年，同时也是南极臭氧洞发现的当年，由联合国环境署发起,21,个国家的政府代表签署了,保护臭氧层维也纳公约,，首次在全球建立了共同控制臭氧层破坏的一系列原则方针。,1987,年,9,月，,36,个国家和,10,个国际组织的,140,名代表通过了大气臭氧层保护的重要历史性文件,关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书,。该议定书中规定了保护臭氧层的受控物质种类和淘汰时间表，要求,2000,年全球的氟利昂消减一半，制定了针对氟利昂类物质生产、消耗、进口及出口等的控制措施。,1990,年通过,关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书,伦敦修正案,，,1992,年通过了哥本哈根修正案，其中受控物质的种类再次扩充，完全淘汰的日程提前，目前为止，缔约方已达,165,个之多，,联合国环境署规定从,1995,年起，每年,9,月,16,日为“国际保护臭氧层日”,，以增加世界人民保护臭氧层的意识。,我国早于,1989,年就加入了,保护臭氧层维也纳公约,，先后积极派团参与了历次的,保护臭氧层维也纳公约,和,关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书,缔约国会议，并于,1991,年加入了修正后的,关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书,。,我国还成立了保护臭氧层领导小组，开始编制并完成了,中国消耗臭氧层物质逐步淘汰国家方案,。根据这一方案，我国已于,1999,年,7,月,1,日冻结了氟利昂的生产，并将于,2010,年前全部停止生产和使用所有消耗臭氧层物质。,三、酸雨,含义及其特征,指,pH,值低于,5.6,的降水，包括雨、雪、霜、雹、雾、露等各种湿沉降降水形式，以及大气中所有酸性物质转移到大地的干沉降过程。,国名,SO,2,NO,X,年份,加拿大,367,194,1985,美国,2120,1930,1986,法国,158,170,1986,德国,222,297,1986,意大利,20,157,1986,英国,387,222,1986,日本,108,142,1983,中国,1800,-,1986,世界,9900,6800,主要国家二氧化硫和氮氧化物排放量（单位：万吨）,2.,酸雨的来源,降水的酸度是由降水中酸性和碱性化学物质间的平衡决定的。大气中能形成酸的物质是：,含硫化合物,：,SO,2,、,SO,3,、,H,2,S,、,(CH,3,),2,S(,二甲基硫,),、,(CH,3,),2,S,2,(,二甲基二硫,),、 羰基硫,COS,、,CS,2,、,CH,3,SH,、,硫酸盐和,H,2,SO,4,含氮化合物,：包括,NO,2,、,NO,、,+ N,2,O,，,硝酸盐，,HNO,3,以及,氯化物和,HCL,等。,通常认为，主要的成酸雨基质是,SO,2,和,NO,X,，,国外酸雨中硫酸与硝酸之比为,2,：,1,，中国酸雨以硫酸为主，硝酸含量不足,10%,，但目前硝酸含量增加较快。,（,1,）天然排放的含硫化物和氮化合物,（,2,）人为排放的硫化物与氮化合物,世界一些地区酸性干、湿沉降量,地区类型,湿沉降量（克硫,/,米,2,年）,干沉降量（克硫,/,米,2,年）,北美：,重工业区,农村,0.1-3,0.1-2,0.2-2.6,欧洲：,重工业区,农村,2-4,0.2-2,3-15,0.5-5,北大西洋,0.1-0.3,0.04-0.4,其它海洋,0.01-0.2,0.1,大陆：,荒僻地区,0.01-0.5,0.4,3.,酸雨的形成,SO,2,的氧化过程,SO,2,+ O,2,（,催化）,SO,3,SO,3,+ H,2,O H,2,SO,4,总反应方程式,:,2SO,2,+ H,2,O + O,2,（,催化）,2H,2,SO,4,海,浪,飞,溅,天,然,源,人,为,源,干,沉,降,湿,沉,降,H,2,S,SO,2,硫酸盐,被O,O,2,O,3,氧化,光化学氧化,催化剂,图,2,硫化物在大气中的转化过程,NO,X,的氧化过程,(1) NO,氧化为,NO,2,NO,+ O,3,NO,2,+ O,2,(2) NO,氧化为,HONO,NO,+ OH HONO,NO + HO,2,HNO,3,(3) NO,2,转化为,HNO,3,NO,2,+ OH + M HONO,2,+ M,或者通过光化学反应,.,天,然,源,人,为,源,干,沉,降,湿,沉,降,N,2,O,NO,NO,2,硝酸铵盐,被O,O,2,O,3,氧化,光化学氧化,催化剂,图,3,氮化合物在大气中的迁移过程,天,然,源,天,然,源,NH,3,亚硝酸盐（,HONO=HNO,2,）,的化学反应,HONO,在,大气中光解很快，是,OH,基的主要来源之一。另外，还能与,OH,反应：,NO,2,与,OH,反应,HONO,+ OH NO,2,+ HO,NO,与,OH,作用生成,HON,NO,+ OH HONO,表面催化作用,NO,2,+ OH + M HONO,2,+ M,2NO,2,+ H,2,O HONO + HNO,3,4.,硝酸盐（,HNO,3,）,的化学反应,HNO,3,+ OH NO,3,+ H,2,O,HNO,3,+ NH,3,NH,4,NO,3,（,颗粒）,4.,酸雨的危害,对人体危害：,酸雨、尤其是酸雾，会对人体健康造成严重危害。它的微粒可以随着雾气侵入肺的深层组织，引起肺水肿、肺硬化甚至癌变。据调查，仅,1980,年，,英国和加拿大有,1500,人因酸雨污染而导致死亡。,对陆地生态系统：,植物对酸雨反应最敏感的器官是叶片，叶片受损后会出现坏死斑、萎蔫、叶绿素含量降低、叶色发黄、退绿、光合作用降低，使林木生长缓慢或死亡，使农作物减产。同时，酸雨危害植物表皮及角质层，使植物的抗病虫害能力减弱。,酸雨使土壤酸化，土质中的钙、镁等养分被酸溶解，导致土壤养分流失。酸化的土壤抑制了土壤微生物的活性，破坏了土壤微生物的正常生态群落,酸雨可以破坏大面积的森林和农作物。特别是对海拔,600,米以上的山林的破坏。据统计，欧洲中部曾有,100,万公顷森林因酸雨而枯萎死亡，意大利北部有,9000,多公顷森林被酸雨毁灭，奥地利,93,的森林曾遭到了不同程度的伤害。欧洲和北美一些国家的森林受酸雨危害率高达,30,50,。我国南方重酸区已出现一些严重的森林衰亡现象：重庆市郊地区,50,的松树枯死；峨眉山金顶冷杉的死亡率达,40,；浙江西天目山因酸雨的影响使大片的柳杉死亡；柳州市区和郊区的林木也出现较严重的酸雨危害。,对水体环境危害：,酸雨还使湖泊酸化，生物绝迹。瑞典的近万个大小湖泊曾受酸雨侵袭少有水生物生存，挪威,260,多个湖泊曾鱼虾减量，加拿大有,140,座湖鱼迹难寻，美国至少有,1200,个湖泊酸化成为,“,死湖,”,。在加拿大，酸雨毁灭了,1,4,万多个湖泊，另有,4000,多个湖泊也濒临,“,死亡,”,。欧洲有数千个美丽的湖泊也毫无生气，听不到蛙声，见不到鱼跃。美国酸化的水域已达,3,6,万平方千米，在,28,个州,17054,个湖泊中，有,9400,个受到酸雨影响，水质变坏。纽约州北部阿迪达克山区，,1930,年只有,4,的湖泊没有鱼，而目前半数以上的湖水,PH,在,5,以下，,90,没有鱼，听不到蛙声，死一般寂静。,对城市景观风貌：,酸雨对建筑物和金属材料的腐损也非常严重，对桥梁楼宇造成严重侵蚀。古希腊、罗马文物遗迹的风化加剧、著名的印度泰姬陵的损毁、美国东部约,3500,幢历史性建筑和,1,万座纪念碑的损害，罪魁祸首均为酸雨。美国每年国酸雨造成的损失达,250,亿美元。,我国重庆市与南京市自然条件相似，但重庆是酸雨侵蚀比较严重的地区，电视塔及建筑机械的维修、路灯及电线的更换频率比南京快,1,5,倍。嘉陵江大桥的钢梁每年锈蚀,0,16,毫米，如此下去用不了,30,年，就会因钢梁锈坏而发生危险。,Acid rain,contains high levels of sulfuric or nitric acids,contaminate drinking water and vegetation,damage aquatic life,erode buildings,Alters the chemical equilibrium of some soils,我国酸雨态势：,我国酸雨正呈蔓延之势，是继欧洲、北美之后世界第三大重酸雨区。,80,年代，我国的酸雨主要发生在以重庆、贵阳和柳州为代表的川贵两广地区，酸雨区面积为,170,万平方公里。,90,年代中期，酸雨已发展到长江以南、青藏高原以东及四川盆地的广大地区，酸雨面积扩大了,100,多万平方公里。以长沙、赣州、南昌、怀化为代表的华中酸雨区现已成为全国酸雨污染最严重的地区，其中心区年降酸雨频率高于,90%,，几乎到了逢雨必酸的程度。以南京、上海、杭州、福州、青岛和厦门为代表的华东沿海地区也成为我国主要的酸雨区。华北、东北的局部地区也出现酸性降水。,1998,年，全国一半以上的城市，其中,70%,以上的南方城市及北方城市中的西安、铜川，图们和青岛都下了酸雨。酸雨在我国已呈燎原之势，覆盖面积已占国土面积的,30%,以上。,在中国的大气污染中，酸雨和浮尘是最主要的污染。十多年来，由于二氧化硫和氮氧化物的排放量日渐增多，酸雨的问题越来越突出。现在中国已是仅次于欧洲和北美的第三大酸雨区。,我国酸雨主要分布地区是长江以南的四川盆地、贵州、湖南、湖北、江西，以及沿海的福建、广东等省。在华北，很少观测到酸雨沉降，其原因可能是北方的降水量少，空气湿度低，土壤酸度低。然而值得注意的是北方如侯马、京津、丹东、图们等地区现在也出现了酸性降水。,精品课件,！,精品课件,！,资料来源：国家环保总局（,SEPA,）,