全球大气环境变化.ppt

环境保护与可持续发展,第七章全球大气环境变化,主讲老师:所属院系：能源与环境学院 环境科学与工程系电子邮件：,全球主要的大气环境问题：,温室效应（温室气体的排放引起）；,臭氧层破坏（氯氟烷烃类物质的排放）；,酸雨（二氧化硫的排放）；,2,环境保护与可持续发展,第一节 地球大气的温室效应,一、地球气候系统,气候是指包括温度、湿度和降水等在内的综合信息。地球气候系统是一个涉及阳光、大气、陆地和海洋等内容十分丰富的系统。,3,环境保护与可持续发展,太阳辐射,地面吸收,地面反射,大气吸收,二、地球大气温室效应的形成及其作用,二、地球大气温室效应的形成及其作用,如果不存在地球大气层的温室效应，地球处于辐射平衡后的等黑体温度为255K，即地表温度为-18，而实际平均温度为15，增高的33是大气温室效应的结果。,5,环境保护与可持续发展,6,三、温室效应和温室气体的平衡,1.温室效应的平衡,大气平流层中的O3拦截了绝大多数的太阳高能紫外线，使地球环境有效降温，保护了地球生命“冰室效应”。大气对流层中的云和气溶胶能吸收、放射红外线，反射来自太阳的可见光，其综合效果是使地表变冷“阳伞效应”。,7,环境保护与可持续发展,大气层中各种物质对太阳短波辐射和地表长波辐射的吸收光谱,温室气体,8,环境保护与可持续发展,9,环境保护与可持续发展,2.温室气体的平衡,森林和植物的光合作用，将CO2转变为有机碳（木材、粮食）。,世界森林含有的炭总量为4000亿5000亿吨，相当于大气中CO2总量的2/3。,海洋的储存作用：,CO2+H2O,H2CO3,排入大气中CO2的总量中约有30%被海洋吸收，13%通过光合作用吸收，大气中仅存57%。,10,环境保护与可持续发展,11,环境保护与可持续发展,汽车尾气，工业废气的排放等人类活动导致全球气温持续上升。图为城市上空的滚滚浓烟,原因一:燃烧矿物燃料产生大量的CO2,原因二:燃烧的油田,亚马孙河流域的农民正在焚烧热带雨林，以开垦更多耕地。每分钟，全世界推土机清除掉的热带森林的面积，相当于200个足球场的大小。依照现在的这种破坏速度，亚马孙雨林将在400年以内完全消失。目前，全世界每年向大气排放的二氧化碳约为230亿吨；因为热带雨林的损失，每年从空气中少吸收二氧化碳约4亿吨。,原因三:热带雨林在呼救！,原因四:“飞机云”,当晴空万里，常常可以看到在高空飞翔的飞机尾部拖着长长一条白色烟雾（我们称它为飞机云）。在欣赏那些优美流线的同时，你是否知道这些白色烟雾，在加速全球气候变暖方面起着不容忽视的作用。,四、温室效应增强带来的影响,1.对海平面和水资源的影响,海平面升高导致土地淹没、地下水位升高，含盐量增加；蒸发旺盛导致降水增加、分布不均，干旱、洪涝频繁。,16,环境保护与可持续发展,巴斯特泽(Pasterze)冰川(澳大利亚有历以来最久的冰川),1875年,2004年,17,环境保护与可持续发展,18,环境保护与可持续发展,长江三角洲在海平面上升3米前后对比图（上海及其周围地区，约会有超过四千万的人口被迫撤离）,19,环境保护与可持续发展,2005年的飓风卡特里纳的云层照片,2006年，美国佛罗里达州，一辆因遭遇飓风“卡特里娜”失事的汽车。,2.对动、植物的影响,动、植物的迁徙将可能跟不上气候变化的速率，生态系统的变化会使得某些物种的种群和群落发生变化，甚至导致物种的灭绝。气候变得更暖和，冰川消融，海平面将升高，引起海岸滩涂湿地、红树林和珊瑚礁等生态群丧失，给海岸带生态环境带来了极大的灾难。,20,环境保护与可持续发展,3.对农业的影响,全球气候变化，气温变暖，一方面对植物的光合作用有促进作用，有利于提高农业产量；另一方面，气候变化有可能导致更多的自然灾害（高温、热浪、热带风暴、龙卷风、干旱、病虫害）的发生。,21,环境保护与可持续发展,4.对人群健康的影响,气候变化会导致极热天气频率的增加，同时有利于病原体的活动,结果导致传染病、疾病流行。,五、温室效应的控制对策,排放控制调整能源结构，控制化石燃料的消耗。,固定化技术控制CO2的深海废弃处理技术；固 定、利用技术；回收、分离技术。,适应对策研究适应生态系统的变化；海平面上升的人工适应对策；人类本身对气候变化的适应。,22,环境保护与可持续发展,环境保护与可持续发展,23,1992年6月，有154个国家参加的联合国环发大会在巴西里约热内卢召开，会议通过了气候变化框架公约。1997年12月在日本京都，170个国家的政府首脑聚集在一起，就人类密切关注的全球气候变化的问题达成了一个世界性的协议京都协议书，希望在气候变化导致严重后果发生之前，采取一致的行动，控制气候变化的发展趋势。,24,环境保护与可持续发展,环境保护与可持续发展,25,（1）美国退出京都议定书，许多国家表示强烈抗议，其中荷兰抗议最强烈，理由是什么？（2）为什么京都议定书规定发达国家应承担更多的义务？,荷兰属低海拔国家，全球变暖，海面上升，荷兰被淹没的可能性最大。,自工业革命以来，发达国家对大气污染负有不可推卸的历史责任。据统计，目前发达国家的大气温室气体排放量占世界总排放量的70%以上。发达国家对全球变暖等大气环境问题负有主要责任，所以发达国家在大气环境保护方面理应承担更多的义务。,环境保护与可持续发展,26,全球温暖化大骗局?,环境保护与可持续发展,27,本片采访了多位科学家，用大量证据否定了“人造全球气候变化”的说法，直指它为“谎言、当代最大的骗局”。影片指出：全球暖化的背后其实是一个由狂热的反工业化环保分子创造出来的高达数百亿美元的全球产业。这个有利可图的产业获得了那些用恐慌故事来争取研究基金的科学家们的支持，又被政治家和媒体大肆渲染。影片采访的多位科学家包括9位研究气象学、气候学、海洋学、生物地理学和古气候学的教授。影片的结论是全球暖化其实是由太阳活动加强引起的。本片于2007年3月8日在英国BBC电视台4频道播出。,环境保护与可持续发展,28,中国科学家、北京大学大气科学系钱维宏教授认为人类活动不是全球变暖的主因，本世纪的全球平均温度最多上升，不可能达到的阈值。二氧化碳浓度增加不能说明全球增暖期以来的平均温度变化，更不能说明近百年来的年代际温度振荡。温室气体对气温上升的贡献份额有待深入研究。钱维宏认为，“人类活动导致全球变暖说”同时缺乏科学的时间尺度基准，仅仅凭最近几十年的温度趋势和二氧化碳浓度的迅速增加不能预报未来百年温度变化，而近期的趋势也会受到自然的影响而改变趋势。,环境保护与可持续发展,29,“气候门”（climate gate）：2009年11月哥本哈根会议前夕，多位世界顶级气候学家的邮件和文件被黑客公开的事件。邮件和文件显示，一些科学家在操纵数据，伪造科学流程来支持他们有关气候变化的说法。全球气候变暖的可信度更受到了质疑。,第二节 臭氧层破坏,什么是臭氧层?,距离地球表面15-25km处的平流层中，由大气中90%的臭氧而形成的一个较为稳定的臭氧层。,臭氧层破坏由于大气污染物的排放，导致高层大气臭氧浓度急剧下降的现象。,臭氧层作用能有效地吸收太阳紫外线，使地球上的生物免受紫外线的侵害。,30,环境保护与可持续发展,环境保护与可持续发展,31,臭氧层的破坏,1985年，科学家发现南极上空的臭氧浓度有减少的现象，尤其每年十月更是明显，臭氧浓度只有正常浓度的1/4左右,南极臭氧总量分布,环境保护与可持续发展,32,一、高空臭氧形成和耗竭的机理,1.正常条件下的动态平衡（Chapman）理论,O2+h 2O（242nm）,2O+O2 O3,O3+h O+O2,上述光化学反应过程在正常状态下，保持一种动态平衡状态。,33,环境保护与可持续发展,2.引起臭氧层耗竭的主要物质,大气中的水蒸气,H2O+O 2OH,OH+O3 HO2+O2,HO2+O3 OH+2O2,2O3 3O2,净效应：,OH、HO2 称为奇氢物质,34,环境保护与可持续发展,人类活动排放的各种污染物质,NOx 的作用：,NO+O3 NO2+O2,O3+h O+O2,O+NO2 NO+O2,2O3 3O2,净效应：,NO、NO2 称为奇氮物质,35,环境保护与可持续发展,环境保护与可持续发展,36,O3+h O+O2,O+N2O 2NO,a.平流层中NOx 的主要来源是N2O,通过下列反应产生：,b.NOx 的另一来源是高空飞行的飞机直接排放,c.NOx 还来自反硝化细菌对含氮化合物的反硝化过程。,NOx 的来源,Cl和ClO的作用：,O3+h O+O2,O+ClO Cl+O2,Cl+O3 ClO+O2,2O3 3O2,净效应：,Cl、ClO 称为奇氯物质,37,环境保护与可持续发展,环境保护与可持续发展,38,海洋散发出的氯甲烷（CH3Cl）人类生产生活中产生的有机氯气,Cl和ClO的来源：,Br 的作用：,BrO+ClO Br+Cl+O2,Br+O3 BrO+O2,Cl+O3 ClO+O2,2O3 3O2,净效应：,39,环境保护与可持续发展,BrO 的键能比ClO小，所以溴对O3的破坏作用比氯更强，如CF3Br对O3的破坏作用约为CFCl3的11倍。,二、臭氧层耗竭对人类的潜在影响,太阳紫外辐射分为3个区，波长为315-400nm的紫外光称为UV-A区，该区的紫外线不能被臭氧有效吸收，但是也不造成地表生物圈的损害；波长为280-315nm的紫外光称为UV-B区，该波段的紫外辐射对人类和地球其它生命造成危害最严重；波长为200-280nm的紫外光称为UV-C区，该区紫外线波长短，能量高，并能被平流层大气完全吸收。,40,环境保护与可持续发展,臭氧层的破坏，会使其吸收紫外辐射的能力大大减弱（臭氧含量减少1，地面紫外线增加23危害），导致到达地球表面UV-B区强度明显增加，给人类健康和生态环境带来严重的危害。,阳光紫外线UV-B的增加对人类健康有严重的危害作用长期暴露于强紫外线的辐射下，会导致细胞内的DNA改变，人体免疫系统的机能减退，人体抵抗疾病的能力下降。,1.对地球生物的影响,41,环境保护与可持续发展,2.对陆生植物的影响,植物长期接受UV-B的辐射时，可能会造成植物形态的改变。森林和草地，可能会改变物种的组成，进而影响不同生态系统的生物多样性分布。,3.对水生生态系统的影响,研究结果表明，如果平流层臭氧减少25%，浮游生物的初级生产力将下降10%，这将导致水面附近的生物减少35%。,42,环境保护与可持续发展,4.对地球生物化学循环的影响,改变地球-大气系统中一些重要物质在地球各圈层中的排放和去除过程，包括二氧化碳（CO2）、一氧化碳（CO）、氧硫化碳（COS）及O3等。,5.对材料的影响,UV-B的增加会加速建筑、喷涂包装及电线电缆等所用材料，尤其是高分子材料的降解和老化变质。,43,环境保护与可持续发展,6.对对流层大气组成和空气质量的影响,三、控制臭氧层耗竭的对策,从目前的研究结果来看，引起臭氧层耗竭的主要物质是CH4、NOx、氯化物、溴化物。其中，数量最大的是氯氟烃类物质，代表性的就是氟里昂（CFCs），因此，研制氟里昂（CFCs）的替代产品，是遏制臭氧层耗竭的重要对策之一。,44,环境保护与可持续发展,第三节 酸 雨,有关酸雨的概念：pH值低于大气中CO2浓度相平衡的蒸馏水pH值（5.6）的降水。,45,环境保护与可持续发展,2.引起土壤酸度增加，促使植物死亡，森林受损。,3.诱发呼吸道、心血管疾病，影响人群健康。,4.腐蚀建筑物，使得具有纪念意义的传统建筑物和雕塑遭受严重损害。,46,环境保护与可持续发展,一、酸雨的危害,1.影响湖泊生态系统，致使湖泊酸化，导致水生生物死亡。,二、酸雨的污染源,1.天然源,海洋的硫酸盐雾,细菌分解后的有机化合物,水、土壤释放的硫酸盐,火山爆发、森林火灾,2.人为源,化石燃料燃烧占85%,矿石冶炼占11%,石油精炼占4%,3.其它来源,加速酸雨形成起着重要作用的物质，氯化物、NH3、O3等。,47,环境保护与可持续发展,三、酸性物质在大气中的转化、传输、沉降,1.SOx 的转化,光化学氧化,SO2+OH HOSO2,HOSO2+OH H2SO4,SO2+CH3O2 CH3+SO3,SO2在氧化性的官能团HO2、HO、CH3O2等作用下，被氧化生成硫酸雾。,48,环境保护与可持续发展,水滴中过渡金属的催化氧化,固体颗粒表面吸附SO2的催化反应,2SO2+2H2O+O2 2H2SO4,催化剂为大气中的Fe2O3、Al2O3、MnO2等物质,49,环境保护与可持续发展,2.NOx 在大气中的化学转化,大气中NOx 的主要形式：NO、NO2,气相中：,2NO+O2 2NO2,液滴中存在氧化剂时：,4NO2+2H2O+O2 4HNO3,3.酸性物质的传输和排放,污染源的高烟囱排放可以使酸性物质，形成跨国界、跨洲界的传输和污染。,50,环境保护与可持续发展,四、控制对策,1.减少化石燃料的使用，调整能源结构,2.降低燃料中硫的含量,3.改进燃烧方式-洁净煤燃烧技术,4.烟气脱硫、脱氮技术的研究,51,环境保护与可持续发展,联合脱硫脱硝流程图,52,环境保护与可持续发展,53,环境保护与可持续发展,54,环境保护与可持续发展,55,环境保护与可持续发展,全球大气环境变化问题是全人类共同面临的可持续发展的重大问题，无论是发达国家还是发展中国家，面临着同样的挑战和机遇。只有采取合作、谅解、信任的态度，本着可持续发展的基本理念，从政治、经济、科技等多个领域进行研究，寻求切实可行的可持续发展模式，才能使地球浩瀚宇宙中的人类“若亚方舟”延续永远。,56,环境保护与可持续发展,环境保护与可持续发展,57,京都议定书是年月在日本京都召开的联合国气候大会通过的。这一议定书规定，在年至年间，发达国家二氧化碳等种温室气体的排放量要在年的基础上平均削减5.2，其中美国削减，欧盟，日本。2001年月，美国政府决定不履行京都议定书，并借口称，如果发展中国家不作出削减排放量的具体承诺，美国绝不会在议定书上签字。,