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1、第四章 全球环境问题所谓全球环境问题是指对全球产生直接影响或具有普遍性，并能够对全球造成危害的环境问题，引起全球范围内生态环境退化的问题。最主要的全球环境问题是全球变化。人们过去对全球变化的理解，往往偏重于全球气候变化、海平面上升等，但是实际上目前全球变化的内容已经大大超出这一范畴。按照最近的国际地圈与生物圈方案的理解，全球变化的内容应该包括大气成分的变化、全球气候变化、土地利用和土地覆盖的变化、人口增长、荒漠化和生物多样性变化。人口增长是全球变化的的最主要驱动因子，由于人类的影响，导致大气成分和土地利用/土地覆盖的变化，最终引起全球气候变化、生物多样性丧失以及土地的荒漠化。第一页，编辑于星期
2、六：十三点 四十四分。第一节 气候变化一、气候变化最典型的全球尺度环境问题气候的概念：长期的天气状况，主要指温度和降水2. 气候变化的标志 主要是气温的升高自1860年来全球气温平均上升了0.6第二页，编辑于星期六：十三点 四十四分。二、地球系统的能量平衡大气圈的结构：根据大气温度垂直变化情况，一般将大气圈分为对流层、平流层、中间层、热成层和逸散层。对流层对流层平均厚度12km，水汽和尘埃含量高，温度随高度增加而降低；平流层平流层平均厚度50km，又叫同温层。其下部有一明显的稳定层，温度稳定，稳定层以上温度随高度增加而上升。第三页，编辑于星期六：十三点 四十四分。 中间层平均厚度中间层平均厚度
3、80km80km，温度随高度增加而降低，到中间，温度随高度增加而降低，到中间层时温度达最低值，是大气中最冷的层次。在距离平流层时温度达最低值，是大气中最冷的层次。在距离平流层顶部约层顶部约60km,60km,大气分子开始电离。大气分子开始电离。 热成层增温层会电离层，厚度约热成层增温层会电离层，厚度约860km860km。温度随。温度随高度增加急剧上升，到约高度增加急剧上升，到约1000km1000km高度时，白天温度可高度时，白天温度可以到达以到达100010001750k1750k。该层的大气分子在射线作用下。该层的大气分子在射线作用下大都发生电离，成为原子、离子和自由电子。大都发生电离，
4、成为原子、离子和自由电子。 逸散层逸散层 平均厚度约平均厚度约800km800km。是大气圈的最外层，有些运动。是大气圈的最外层，有些运动速度快的质点可以摆脱地心引力而逸入宇宙空间。速度快的质点可以摆脱地心引力而逸入宇宙空间。第四页，编辑于星期六：十三点 四十四分。能量平衡地球温度的变化、大气运动、水滴与水蒸汽和冰的相互转化过程，最根本的驱动力是来自于太阳能。到达地球上的太阳辐射大约以500nm波长为中心的短波为主，并包括一局部高能的紫外光和能量较低的红外光。太阳辐射进入大气层时，大气中的氧分子、臭氧分子对于短波辐射产生光吸收。氧气主要吸收波长小于240nm的短波紫外线；臭氧的吸收波段比氧气更
5、长一些，集中在200-300nm、300360nm和400850nm区域。波长小于100nm的紫外线在地表上空约100 km的高度几乎被N2、O2、N和O完全吸收,距地表10050km高度范围内O2将波长小于200nm的局部吸收。从50km向下大约至2530km的高度平流层内, O3是最主要的光吸收物质。 O3吸收波长小于310nm的绝大局部紫外光。第五页，编辑于星期六：十三点 四十四分。 波长小于310nm的紫外线光能破坏生物键，造成对人体和地表生物的损害。所以，波长小于310nm的对地球生物圈具有重要的保护作用。 以500nm波长为中心的短波辐射到达地面使地球外表能量的最主要来源。第六页，
6、编辑于星期六：十三点 四十四分。 在吸收太阳辐射的同时，地球本身也向外层空间辐射热量。地球的热辐射以330um的长波红外线为主。 与太阳的短波辐射不同，当长波辐射进入大气层时，最主要的光吸收物质为分子量更大。极性更强的分子。 如果同时考虑分子在大气层中的丰度，地球热辐射最主要的吸收物质为CO2和H2O,除此之外还有甲烷、氧化二氮、臭氧等。 已经发现具有温室效应的气体有30多种。第七页，编辑于星期六：十三点 四十四分。主要温室气体及其特征氟利昂：几种氟氯代甲烷和氟氯代乙烷的总称。由于破坏大气层中的臭氧层已经北限制使用。由于无毒、无味、不燃，性质非常稳定，所以广泛使用于家电、泡沫塑料、日用化学品、
7、汽车、消防等领域。80年代后期，氟利昂的年产量曾经到达了144万吨。在对氟利昂控制之前，全世界向大气中排放的氟利昂已经到达了2000万吨。一个氯原子可以破坏数万个臭氧分子。第八页，编辑于星期六：十三点 四十四分。二、温室气体及颗粒物的来源1、二氧化碳：化石燃料的燃烧、硅酸盐和碳酸盐工业、土地开垦、退化等。2、甲烷：来源非常复杂：天然湿地、稻田、天然气的使用、生物质燃烧、动物反刍、垃圾填埋场等。3、氧化亚氮N2O：主要来自于土壤中的反硝化作用化肥的使用促进这一过程、工业生产如乙二酸和硝酸的生产、燃烧过程等。4、氟利昂第九页，编辑于星期六：十三点 四十四分。5、全氟代烷和六氟化硫：这些化合物具有极
8、强的红外线吸收能力。全氟代烷是工业铝生产过程中的副产品，SF6是大型电器设备中的绝缘物质。6、臭氧：对流层中的臭氧是重要的温室气体。对流层中臭氧的增加将导致气温升高。7、颗粒物气溶胶：烟尘、火山爆发、土壤风蚀等。第十页，编辑于星期六：十三点 四十四分。三、气候变化的后果及其影响1. 海平面会上升基地冰川的融化、海水的膨胀可能导致海平面在未来的100年内上升50cm。全世界1/3的人口生活在沿海岸线60km的范围内，人口稠密、经济兴旺。这些地区可能被淹没，或者更容易受道台风、飓风、海啸、洪涝等自然灾害的影响。一些水国荷兰、水城威尼斯很受威胁。土地面积将减少。如果海平面上升45cm，将可能导致孟加
9、拉国丧失10.9%的领土，迫使5,500,000人流离失所。 第十一页，编辑于星期六：十三点 四十四分。2. 影响农业生产和自然生态系统据IPCC估计，红树林、珊瑚礁、沼泽将会消失。青藏高原、天山和祁连山高山地区的冰川在退缩。降水量将增加还是减少？不确定。生产力增加还是减少？不确定。讨论：气候变化对农业生产的影响讨论：气候变化对农业生产的影响3. 洪涝、旱灾灾害将频繁4. 人类健康受影响第十二页，编辑于星期六：十三点 四十四分。第二节 臭氧层破坏一、臭氧层平流层中最重要的化学组分是臭氧，它含有大气中臭氧浓度的90，所以这一层被称之为臭氧层。大气中臭氧的平衡Chapman： O2 + hv (2
10、40nm) O + O氧原子具有很强的化学活性，能很快与O2反响形成臭氧： O2+O O3而臭氧吸收紫外线后又发生光解： 2O3 + hv (240nm) 3O2第十三页，编辑于星期六：十三点 四十四分。 实际上，除了上述反响外，平流层更主要的臭氧平衡机制是： Y + O3 YO + O2 YO + O Y + O2 其尽结果是： O3 + O 2 O2 Y主要是奇氮NO、NO2)、奇氢OH和奇氯Cl、ClO等。第十四页，编辑于星期六：十三点 四十四分。二、臭氧层的破坏如果把平流层中的臭氧沿垂直方向压缩至一个大气压，臭氧层的厚度仅为3mm。虽然臭氧量很少，但是作用很大。英国科学家Farmen等
11、人，1985年总结了他们从19751985年的观测结果，发现自1975年以来，哈雷湾观测站附近南极每年春天总臭氧的浓度减少了30，引起全球人们的震惊。科学家已经明确，氯和溴是平流层催化臭氧破坏的根本原因。溴是哈龙Halon，一种卤代烷的化学品，主要用于灭火剂受到辐射后释放出的。第十五页，编辑于星期六：十三点 四十四分。 氟利昂和哈龙是如何进入平流层的？首先进入对流层混合均匀，在热带地区被大气环流带入到平流层，然后风将其从低纬度地区输送到高纬度地区。 在平流层内，氯和溴通过催化作用引起臭氧的消耗。 Cl + O3 ClO + O2 ClO + O Cl + O2 一个氯原子自由基可以破坏1041
12、05个臭氧分子。臭氧原子自由基是氯原子自由基破坏作用的3060倍。第十六页，编辑于星期六：十三点 四十四分。三、臭氧层破坏的后果1、对人体健康的影响紫外线UV-B的增加对人类健康有严重的影响。损伤角膜和晶体，引起白内障、晶体变形。据估计平流层臭氧浓度减少1，全球白内障的发病率将增加0.60.8%，全世界由于白内障而引起失明的人数每年将增加1000015000人；如果不对紫外线的增加采取措施，从现在到2075年，UV-B辐射的增加将导致大约1800万例白内障病人的发生。UV-B的增加，还可能导致皮肤病癌的发生。长期暴露于UV-B的辐射可能导致人体免疫能力的降低，传染性疾病的发生会增加。真空紫光U
13、V 10-200nm;短波紫外UV-C 200-290nm;中波紫外UV-B 290-320nm;长波紫外UV-A 320-400nm; 可见光400-760nm第十七页，编辑于星期六：十三点 四十四分。2、对陆生植物的影响 形态、功能、质量都可能受到影响。蛋白质和DNA的结构可能发生变化，导致遗传变异3、对水生生态系统的影响 30的动物食物蛋白来自于海洋的浮游生物。研究发现南极地区UV-B辐射及其穿透水体的量的增加与浮游生物减少有关。而浮游生物的减少导致了海洋鱼虾贝等生产力的降低。第十八页，编辑于星期六：十三点 四十四分。4、对生物化学循环的影响 植物的初级生产力会降低，枯枝落叶的分解速度加
14、速。影响微生物种群、功能5、对材料的影响 UV-B的增加加速建筑、喷涂、包装及电线电缆，尤其是高分子材料的降解和老化变质。特别是在热带和阳光充足的地区。第十九页，编辑于星期六：十三点 四十四分。6、对对流层大气组成及其空气质量的影响 平流层臭氧的减少的一个直接结果是使到达底层大气的UV-B增加。由于能量很高，将导致对流层大气化学更加活泼。例如H2O2和OH等自由基的浓度增加、城市地区的臭氧超标；大气氧化能力的增加会导致一些气体成分含量成比例的降低。 许多影响还不清楚，正在研究。第二十页，编辑于星期六：十三点 四十四分。第三节 酸雨一、酸雨的成因上个世纪50年代英国人R. A. Smith最早观
15、察到酸雨，并且提出酸雨这一概念。我国酸雨研究始于70年代，在北京、上海、南京、重庆和贵阳等城市发现酸性降雨。19851986年在全国范围内布设了189个检测点，对降水数据进行了观测和分析，结果说明我国降水pH小于5.6的地区主要分布在秦岭淮河以南，小于5.0的地区主要在西南、华南以及东南沿海一带。第二十一页，编辑于星期六：十三点 四十四分。u 降水的成分：有机物、无机盐、光化学反响物、颗粒物等。u 天然降水本身是酸性的，因为溶解了二氧化碳。根据二氧化碳的溶解度及其在水中的酸碱平衡过程常数，可以计算出二氧化碳溶解到达平衡状态时水的pH值为5.6。u所以一般将pH5.6做为判断水是否被酸碱污染或者
16、降水是否酸化的一个背景值。第二十二页，编辑于星期六：十三点 四十四分。u 工业排放的SO2和大气中的NOx是产酸的主要化合物。如果酸性不能被雨水中的碱性离子所平衡，就呈现酸性，降到地面就是酸雨。u 如果一个大型的发电厂一天燃烧10000吨煤，如果煤的含硫量为3%，那么每天将排除900吨SO2 ，可以大约形成1500吨硫酸！u NH3对酸雨的形成很重要。u 2004年国家规定原煤含硫量超过1.2%的不准进入市区，超过2.1%的禁止开采使用。第二十三页，编辑于星期六：十三点 四十四分。二、酸雨的危害 1 水体酸化 2 土壤酸化 3 影响生物 4 影响建筑物寿命 5 腐蚀文物故迹第二十四页，编辑于星期六：十三点 四十四分。第四节 生物多样性锐减一、生物多样性和生物资源的特性一多样性生物多样性是指地球上 所有生物动物、植物和微生物及其所构成的综合体。生物多样性通常包括三个层次： 1、生态系统多样性：生物群落和生境类型的多样性。 2、物种多样性：动物、植物和微生物物种的丰富性。 3、遗传多样性：生物物种的个体内以及物种之间的基因多样性。第二十五页，编辑于星期六：十三点 四十四分。 二生物资源及其
