你关心的环境问题是什么？——空气污染

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1、你關心的環境問題是什麼？你關心的環境問題是什麼？ 邱嘉悅邱嘉悅 摘要：本文綜述了空氣污染在環境問題中的地位，大氣的來歷以及污染現狀。對空氣污染的成因和污染物進行了分類討論 ， 並針對我國的空氣污染現狀進行分析 ，運用到自然科學和社會科學等相關知識 。 空氣污染是人們最能感受到的污染之一 ，目前在我國已經引起廣泛關注。空氣污染在我國是突出的環境問題，主要由產業結構和能源結構決定的。目前當局已經開始著手解決，但其過程相當漫長。 一、 前言 環境問題是人類活動對生物物理環境有害的方面1。由於人類活動作 用于周圍環境所引起的環境品質變化，以及這種變化對人類的生產、生活 和健康造成的影響即是環境問題。人

2、類在改造自然環境和創建社會環境的 過程中，自然環境仍以其固有的自然規律變化著2。人類對自然環境的改 造，打破了自然環境原有的生態平衡。隨著人類與環境不斷地相互影響和 作用，環境問題產生。 中國近幾十年來經濟的迅速發展，致使中國環境問題日顯嚴峻。 據 世界衛生組織（WHO）2006 年的一份報告，世界上污染最嚴重 20 城市裡 包括有 16 個中國城市。另據世界銀行資料，世界上污染最嚴重 30 城市裡 有 20 個中國城市3。 中國正在面臨的環境問題，主要有以下 10 種：空氣污染問題、 水環 境污染問題、 垃圾處理問題、 土地荒漠化和沙災問題、 水土流失問題、 旱災和水災問題、 生物多樣性破壞

3、問題、加入世貿組織與環境問題、 三 峽庫區的環境問題、 持久性有機物污染問題4。相比其他環境問題，在 中國空氣污染的程度最大，也是中國第一大環境污染問題。本文將主要討 論空氣污染問題。 一般而言，大氣是由一定比例的多種物質組成的混合物。在局部地區 空氣成分的比例會由於自然災害而變化，但總體是穩定在一定水準的。隨 著人類活動產生各種物質並且排放到空氣中，空氣成分及其組成比例發生 改變。空氣污染可嚴重影響人體健康、生態系統和社會5。對於人體健康， 污染物不但可直接刺激人的呼吸系統、眼睛，而且可誘發多種病症，提高 胎兒畸型的機率以及降低人口平均壽命。對於生態系統，污染物不但可以 傷害、殺死多種植物和

4、動物，而且可以導致全球增溫和臭氧耗損。對於社 會，污染物不但可以破壞建築、雕像，降低農產品收成，而且可以影響旅 遊業和增加醫療負擔。 二、 研究現狀或研究方法 大氣層，又稱大氣圈，是一個來支持地球上生命的必不可少的複雜的 自然氣體系統6。大氣圈與生物圈、水圈和岩石圈產生互動，並一起組成 地球的外部圈層。空氣污染會對多個圈層產生複雜的影響。 本文將從地球歷史、地球結構、大氣成分、生物地質化學循環、社會 和經濟等角度空氣污染進行討論，分為主要成因、污染物、影響等方面。 地球現今的大氣層是由早期的大氣層演變而來的。原始大氣的成分推 測為甲烷（CH4） 、氨（NH3） 、氫（H2） 、水（H2O）等。

5、火山爆發所噴出 的氣體是二氧化碳（CO2） 、氨（NH3） 、氮（N2） 、二氧化硫（SO2） 、甲烷 （CH4） 、氫（H2）和水蒸氣（H2O） ，這些氣體在地球冷卻前飛向空中， 等到地球冷卻，逃出的氣體因重力而覆蓋地球形成最原始的大氣。其中水 蒸氣凝結成為水，而二氧化碳、二氧化硫溶於水中變成溶液，因此大氣剩 下氨、氫和甲烷，這就是被我們所認為的原始大氣7。隨著火山活動的減 弱，氨、氫和甲烷基本不再增加。生命的出現，使得二氧化碳的含量下降 和氧的含量上升。氨、氫和甲烷等還原性氣體被由於被大量氧氣氧化而含 量大幅下降。氮由於化學性質穩定而被逐漸累積。經歷大氣圈、水圈、生 物圈、岩石圈間的相互作

6、用，大氣層演化為今天的樣子。 氣體氣體 佔有量佔有量 (體積比體積比) 對生物的好處對生物的好處 氮氣(N2) 78.084 % 維持植物生長 氧氣(O2) 20.946 % 呼吸作用原料、幫助燃燒 氬(Ar) 0.934 % 二氧化碳(CO2) 0.0397 % 光合作用原料，提供溫室效應 氖(Ne) 0.001818 % 氦(He) 0.000524 % 甲烷(CH4) 0.000179 % 氪(Kr) 0.000114 % 氫氣(H2) 0.000055 % 一氧化二氮(N2O) 0.0000325 % 一氧化碳(CO) 0.00001 % 氙(Xe) 0.000009 % 臭氧(O3)

7、 0.000004 % 抵擋有害的紫外線輻射 二氧化氮(NO2) 0.000002 % 碘氣(I2) 0.000001 % 氨氣(NH3) 水氣(H2O) 0 % 4 % 形成天氣現象、使生物能夠存活 現今大氣8 生物地質化學循環在生態學上指的是化學元素或分子在生態系統中 劃分的生物群落和無機環境之間相互循環的過程9。在碳循環中，大量的 碳通過生物屍體埋在泥土下或壓縮在水底下經過數萬年泥土或水的壓力及地下的高溫會生成化石燃料並儲存起來。和碳一樣，硫也是一個基本元 素，是作為許多蛋白質和輔因數的組成成分10，因此化石燃料也含有硫 元素。工業革命之後，人類對化石燃料的利用能力和需求空前增長。儲存

8、在化石燃料中的碳和硫等元素被大量釋放出來，並被排到大氣中。自然原 有的生物地質化學循環被打破，環境問題隨之產生。 三、 空氣污染的主要成因與污染物 空氣污染（或大氣污染）指一些危害人體健康及周邊環境的物質對大 氣層所造成的污染。這些物質可能是氣體、固體或液體懸浮物等11。隨 著人類活動的加劇，大氣中某些物質超過了一定的限量和多出某些物質。 （一）、 主要成因 一般的空氣污染成因可以大致分為自然和人為兩種原因12，而其中 的人為原因是空氣污染的主要成因 。 天然的空氣污染多數為局部 、 短期的， 該污染可被環境自身淨化。人為的空氣污染相對來說更加強烈，往往超出 環境的自淨能力，造成嚴重的空氣污染

9、。 1. 天然的空氣污染： （1） 火山活動 火山氣體中主要的氣體組成為水蒸氣、二氧化碳和二氧化硫， 次要 與微量之氣體組成為硫化氫、氯化氫、氟化氫、氫氣、一氧化碳、甲烷、 硫蒸汽、氮氣、氨氣、氧氣和惰性氣體 。 火山灰為粒徑在 2 毫米以下的碎石和礦物質粒子13。火山灰是岩石 破碎的產物，其成分和火山岩類似，以二氧化矽為主，此外還有多種金屬 氧化物。 （2） 沙漠區或缺乏植被地區所颳起的風沙14 （3） 動物的消化過程 動物所排出的甲烷是由於體內的產甲烷作用，由產甲烷菌在動物的腸 道中發生。產甲烷作用對於反芻動物如牛和羊是必要的。反芻動物進食植 物後，植物在瘤胃中進行厭氧發酵。瘤胃中的微生物

10、把纖維素和半纖維素 等結構性碳水化合物消化成可以被動物吸收的物質，同時產生甲烷。 2. 人為的空氣污染 （1） 過度放牧 當一片植物遭受密集的畜牧行為過長或沒有足夠的恢復期，便會發生 所謂的過度放牧15。過度放牧直接使得草場的植株數量減少，草原植物 種群蓋度下降，土壤裸露面積增大，土壤表面的蒸發加強，土體內水分減 少，鹽分在土壤表面的積累增加，土壤鹽鹼化程度加重。由此不耐鹽鹼植 物減少，地表裸露，最終植物消失殆盡。 過度放牧造成土地沙漠化，從而引起沙塵天氣。植被退化或減少後， 風將地面塵土、沙粒捲入空中，使空氣變混濁。 （2） 燃燒秸稈 農民燃燒秸稈的習慣由來已久 ， 其產生的空氣污染自古有之

11、 。 在古代， 由於技術條件的制約，污染原因尚不清楚。在現代，人們逐漸搞清楚燃燒 秸稈與空氣污染之間的關係。 燃燒秸稈產生的主要污染物為二氧化硫、二氧化氮和可吸入顆粒物。 作為植物遺體，秸稈本身富含碳、硫、氮等非金屬元素和鉀、鈣、鎂等金 屬元素。二氧化碳、二氧化硫、二氧化氮是含碳、硫、氮有機物燃燒的主 要產物。燃燒產生的高溫使有機物脫水碳化產生炭黑，未燃燒的炭黑就散 發到空氣當中。無機鹽顆粒是不可燃的，是秸稈然後所剩物質之一，但在 燃燒時也會隨著炭黑散發到空氣當中。 （3） 燃燒化石燃料 化石燃料，亦稱礦石燃料、石化燃料，是一種碳氫化合物或其衍生物， 包括煤炭、石油和天然氣等天然資源16。每年

12、燃燒化石燃料產生的二氧 化碳約有 213 億噸，但自然界只能吸收其中的一半，因此每年在大氣中約 增加 107 億噸的二氧化碳17。除了二氧化碳，燃燒化石燃料還會產生其 他能污染空氣的物質。 煤炭 煤的主要成分為碳、氫、氧和少量的氮、硫或其它元素18。煤完全 燃燒的產物為二氧化碳、水蒸氣、二氧化氮、二氧化硫等。然而煤的含碳 量高，且為固態，一般條件下難以完全燃燒。其不完全燃燒產物為一氧化 碳、炭黑、碳氫化合物等。此外，灰分（不能燃燒的部分）也會隨著燃燒 而散發到空氣當中。 石油 石油由不同的碳氫化合物混合組成，其主要組成成分是烷烴，此外石 油中還含硫、氧、氮、磷、釩等元素19。石油一般不直接用作

13、燃料，經 過煉油廠的分餾、裂解後產生的燃料油才能作為燃料，如汽油、柴油等。 以汽油為例，其主要成分為 C4C12 脂肪烴和環烴類，並含少量芳香 烴和硫化物20。汽油完全燃燒的產物為二氧化碳、水蒸氣、二氧化硫等。 實際上，由於分子量大，吸入空氣有限，汽油很少能完全燃燒。其不完全 燃燒產物為一氧化碳、炭黑、碳數更低的烴類、醇類、醛類和羧酸等。有 鉛汽油的燃燒產物中還有鉛化物。此外，被吸入的空氣在內燃機內部的高 溫高壓環境下生成氮氧化物。 天然氣 天然氣的主要成分是甲烷，也可能會含有其他烷烴，如乙烷、丙烷和 丁烷，還有一些二氧化碳和硫化氫。天然氣的含碳量低，且為氣態，因此 較容易完全燃燒。成品天然氣

14、中的有機硫化物和硫化氫等雜質被預先除去，而且添加硫醇作為警覺劑。 由於天然氣易於除雜和燃燒，其燃燒產物一般污染很小。完全燃燒產 物為二氧化碳、水蒸氣和微量二氧化硫。少數情況下不完全燃燒才會產生 一氧化碳、炭黑、烴、醇、醛和羧酸。 天然氣在開採和使用不當時洩漏會照成空氣污染。 （4） 建築工地 建築工地是容易產生懸浮粒子的地方之一。 堆放在建築工地的建築材料，如沙石、水泥等含有大量細小顆粒，極 易捲入空氣當中，造成空氣渾濁。 在破開路面時，混凝土會破碎，其中的細小顆粒會彌漫起來。路面破 開後，下層泥土會裸露，也極易揚起沙塵。 （5） 塗料 塗料中含有大量揮發性溶劑，其中大部分具有氣味，並能引起人

15、體不 適。 （6） 氣溶膠 對環境產生污染的主要是工業化氣溶膠，其最常用的噴射劑是烴類和 氯氟烴。 （7） 燒紙錢 紙錢包含紙漿及金箔、鉛等金屬成分21，燃燒時會產生一氧化碳、 炭黑、醛類、芳香烴、鉛化物等多種有害物質。 （二）、 污染物 空氣的污染物可分為污染氣體和懸浮物。 1. 常見的污染氣體 溫室氣體，主要為二氧化碳，其次為甲烷，還有許多人工合成的 氣體如氯氟烴 形成酸雨的酸性氣體，主要為二氧化硫和氮氧化物； 能破壞臭氧層的氣體，主要為氯氟烴，現已被禁用。通過在同溫 層分解出氯氣自由基破壞臭氧層。 光化學煙霧，由氮氧化物、對流層臭氧、揮發性有機化合物、過 氧醯基硝酸鹽、醛類、和酮類組成2

16、2，主要來源於汽車尾氣。在太 陽光的照射下，二氧化氮與碳氫化合物發生反應，產生對流層臭氧和 過氧醯基硝酸鹽，從而組成光化學煙霧。 燃料不完全燃燒的產物，如一氧化碳、烴類、醛類等，多數對人 體有毒，主要來源於化石燃料的燃燒。 2. 懸浮物 通常以顆粒的大小來區分。其中空氣動力學直徑小於或等於 10 微米 的顆粒物稱為可吸入顆粒物（PM10） ，小於或等於 2.5 微米的顆粒物稱為細顆粒物（PM2.5）23。 懸浮粒子的成分很複雜，主要取決於其來源。主要的來源是從地表揚 起的塵土，含有氧化物礦物和其他成分。海鹽是懸浮粒子的第二大來源， 其組成與海水的成分類似24。燃燒化石燃料也會產生懸浮粒子，主要有 炭黑、碳氫化合物和灰分。 四、 中國的空氣污染 中國大陸自 1970 年代末期，逐步改革開放、發展經濟。隨著工業活 動迅