温室气体循环失衡与全球气候变暖

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1、温室气体循环失衡与全球气候变暖环境化学（ environmental chemistry ）：主要研究有害化学物质在环境介质中的存 在、化学特性、行为和效应及其控制的化学原理和方法。学习了大气污染环境化学， 对于一些大气环境问题的形成、转化，有了一定的认识。在此，我就全球变暖的形成 机理和它的解决途径进行学习探讨。一、全球气候变暖理论。本世纪以来, 在全世界范围内随着工业化进程加速、人口猛增, 大量矿质燃料的燃烧、 不合理的土地利用、森林的大面积砍伐人为活动产生的气体（C02、CH4、N2O、HFCs、 PFCs、SF6）排放量不断增加，打破了原来各种天然气体成分的源、汇自然平衡，使大气中的

2、气体浓度呈现不断增长趋势，如（CO2、CH4、N2O）的大气浓度分别比工业化以前增加了 26%, 148%，8%。处于自然平衡态的人类生存环境被打破。而在这一时期，全球温度在不断上升， 继而又产生了一系列全球性的气候问题,引起全世界的普遍关注。由此,科学家们开始对这 些气体大量增加和气候变暖进行研究,试图找出气候变暖引起的一系列问题与这些气体大量 排放的关系。1896 年 4 月， 瑞典科学家 Svente Arrihenius 在“ 伦敦、爱丁堡、都柏林哲学与科学杂 志”上发表题为“空气中碳酸对地面温度的影响” 的论文， 这是人类针对大气浓度对地表 温度的影响进行量化的首次尝试， 是世界上第

3、一个对人为造成的全球温度变化的估计。而第 一个在大气地球系统中是使用“温室效应”一词的是Wood,他于1909年第一次了这 术语。根据物理学原理， 自然界的任何物体都在向外辐射能量， 一般物体热辐射的波长由该物 体的绝对温度决定。温度越高， 热辐射的强度越大， 短波所占的比重越大温度越低， 热辐射 的强度越低，长波所占的比例越大。太阳表面温度约为绝对温度6000K,热辐射的最强波段 为可见光部分地球表面的温度约为 288K， 地表热辐射的最强波段位于红外区。太阳辐射透 过大气层到达地球表面后， 被岩石土壤等吸收， 地球表面温度上升与此同时， 地球表面物质 向大气发射出红外辐射。由于大气层中存在

4、水气、co2等强烈吸收红外线的气体成分对红外 辐射的吸收作用， 造成地球表面从太阳辐射获得的热量相对较多， 而散失到大气层以外的热 量少， 使得地球表面的温度得以维持， 这就是大气的温室效应， 这些气体被称温室气体。最新研究,氢氟碳化物也能导致气候变暖。研究还发现污水灌溉稻田会加剧温室效应, 气候变暖同空调、汽车的使用等人类活动密切相关,甚至不恰当的农业耕作也会导致温室效 应。研究发现,与河水灌溉相比,污水灌溉明显增加了稻田甲烷和氧化亚氮的排放。在不施 氮处理和常规施氮处理下,污水灌溉较河水灌溉稻田的甲烷排放量分别增加了27%和33% , 氧化亚氮排放量分别增加了 68 %与 170 %。甲烷

5、和氧化亚氮增温潜势的计算结果表明,污 水灌溉明显加剧了稻田甲烷和氧化亚氮排放的综合温室效应。当一些地区无力支付污水处理 的昂贵费用时,未经处理的污水就被直接用作农业灌溉。目前即使在我国相对较为发达的南 方,污水灌溉现象也较为普遍。因此,合理的稻田水、肥等养分资源的管理和调控,对于在 粮食安全和温室气体减排方面实现双赢具有重要意义。二、碳循环过程。由以上理论可以看出，CO2是影响全球变暖最主要的温室气体，我们有必要对它进行详 细的论述。地球上最大的两个碳库是岩石圈和化石燃料，含碳量约占地球上碳总量的99.9%。这 两个库中的碳活动缓慢，实际上起着贮存库的作用。地球上还有三个碳库cc大气圈库、水圈

6、 库和生物库。这三个库中的碳在生物和无机环境之间迅速交换，容量小而活跃，实际上起着交 换库的作用。（一）有机体和大气之间的碳循环。绿色植物从空气中获得二氧化碳，经过光合作用转 化为葡萄糖，再综合成为植物体的碳化合物，经过食物链的传递，成为动物体的碳化合物。 植物和动物的呼吸作用把摄入体内的一部分碳转化为二氧化碳释放入大气，另一部分则构成 生物的机体或在机体内贮存。动、植物死后,残体中的碳,通过微生物的分解作用也成为二氧 化碳而最终排入大气。大气中的二氧化碳这样循环一次约需20 年。（二）大气和海洋之间的二氧化碳交换。二氧化碳可由大气进入海水，也可由海水进入 大气。这种交换发生在气和水的界面处，

7、由于风和波浪的作用而加强。这两个方向流动的二 氧化碳量大致相等，大气中二氧化碳量增多或减少，海洋吸收的二氧化碳量也随之增多或减 少。（三）大气与岩石碳循环。大气中的二氧化碳溶解在雨水和地下水中成为碳酸，碳酸能 把石灰岩变为可溶态的重碳酸盐，并被河流输送到海洋中。海水中的碳酸盐和重碳酸盐含量 是饱和的，接纳新输入的碳酸盐，便有等量的碳酸盐沉积下来。通过不同的成岩过程，又形 成为石灰岩、白云石和碳质页岩。在化学和物理作用（风化）下，这些岩石被破坏，所含的 碳又以二氧化碳的形式释放入大气中。火山爆发也可使一部分有机碳和碳酸盐中的碳再次加 入碳的循环。碳质岩石的破坏，在短时期内对循环的影响虽不大，但对

8、几百万年中碳量的平 衡却是重要的。（四）而碳循环失衡是由于人类活动造成的。人类燃烧矿物燃料以获得能量时，产生大 量的二氧化碳。被固定在岩石圈的化石燃料被大量利用，使得大气CO2大量增加。从1949 年到1969年，由于燃烧矿物燃料以及其他工业活动，二氧化碳的生成量估计每年增加 4.8。 其结果是大气中二氧化碳浓度升高。这样就破坏了自然界原有的平衡，可能导致气候异常。 矿物燃料燃烧生成并排入大气的二氧化碳有一小部分可被海水溶解，但海水中溶解态二氧化 碳的增加又会引起海水中酸碱平衡和碳酸盐溶解平衡的变化。三、气候变暖的影响。了解了碳循环失衡造成全球变暖，那么我们有必要知道，全球变暖对我们有什么影响

9、， 这样才能让我们知道为什么要控制它。有以下几个方面对我们影响很大。（一）冰雪消融与海平面上升：由于气候变暖，北极的永冻冰正在以前所未有的速度松 动融化，北极冰层在过去的 50 年中已变薄 40。“世界第三极”青藏高原的冰川消减速度 近年来呈加速趋势，预计到2050 年冰川面积将比现有面积减少28，到2090年将减少到 现有面积的50。欧洲阿尔卑斯山的冰川面积比19世纪中叶缩小了13，可能将在2050 年前消失殆尽；非洲最高山乞力马扎罗山的冰川消融速度更为惊人， 191 2 年至今，其山顶 的冰冠缩小了 80。冰川的消融使上述地区的永冻土层丧失了“黏合剂”的功能，山崩和 泥石流频发。冰雪消融还

10、会引起海平面上升， IPCC 的评估报告表明，未来100 年气候变暖，全球增 加的温度是1.1 到6.4度，会引起海平面上升1859厘米，这意味着许多沿海地区和小岛将 面临灭顶之灾。（二）影响人类健康：由于暖冬的气温比常年偏高，这就使各种病茵、病毒活跃，病虫 害滋生蔓延，很多有害动物，比如蚊子、跳蚤、老鼠等减少了被冻死的概率，此类传染病载 体的数量大增，对人类健康构成了严重威胁。据估计，全球变暖会使疟疾和登革热的传播范 围增加，威胁40%50%的世界人口。气候变暖还可使空气中某些有害物质，如真菌胞子、 花粉和大气颗粒物随温度和湿度增高而浓度增加，使人群中患过敏性疾病如枯草热、过敏性 哮喘和其他

11、呼吸系统疾病的发病率增加。气候变暖还可以通过对土壤、植物光合作用、虫害 的影响而间接影响人类健康。另外温室气体中以氟氯烃为主的气体对臭氧层有较大的破坏 性，导致阳光中紫外线辐射增加，有可能提高皮肤癌、白内障和雪盲的发病率。世界卫生组 织指出：非黑色素瘤皮肤癌的发生率在2050年后可增加6%3. 5%。气候变化也会使 大气污染更加恶化，从而影响人类健康，例如，气温增高会促进各种次级大气污染物（如臭 氧和悬浮颗粒）的产生，由这些大气污染物引发的过敏症、心肺异常和死亡的发生率就相应 增加。（三）极端天气气候事件增多：近年来，全球范围内极端天气气候事件及其导致的灾害 出现了 频率增加的趋势。据统计，2

12、0世纪90年代，全世界发生的重大气灾害比50年代多5倍。 20世纪60年代，气象灾害平均每年造成的经济损失约为40亿美元，而80年代和90年代， 气象灾害平均每年造成的经济损失高达290亿美元。近20年来，全球极端天气气候事件增 多的趋势更加明显。非洲持续20年干旱，许多国家出现空前饥荒；1988年美国中西部地区 出现了1940年以来最严重的干旱，粮食减产38% ；1992年冬天和1994年初美国经历极度 严寒， 导致经济危机和交通瘫痪；1994 年夏季北半球大范围持续高温酷热天气，对各国工 农业生产和人民生活都造成了极大的影响；1998 年中美洲诸国和孟加拉、中国遭受世纪性 的洪涝灾害；19

13、98 年 10 月下旬，米奇飓风肆虐加勒比海地区，1.2 万人丧生；2004 年 12 月底，印尼大海啸夺去了30多万人的生命；2008年我国南方发生的罕见冰灾，造成交通系 统，电力系统瘫痪，之后接连发生旱灾，洪灾，给我国造成很大的经济损失。由于人口多， 资源稀缺，气候条件复杂，因此气候变化对我国可持续发展的带来的压力更大。近年来，干 旱、暴雨、雷电、台风、沙尘暴、低温冻害、雪灾的发生频率和强度明显增加。据统计，我 国每年受各类灾害影响的人口达4亿人次，造成的经济损失平均高达2000多亿元。严重且 频发的自然灾害对我国经济建设、社会发展，特别是广大人民群众的生命财产安全构成了严 重威胁。（四）

14、土地荒漠化的影响：我国近40年来干旱、半干旱及半湿润地区在全球气候变暖 影响下温度和干湿情况的变化研究表明：若CO2倍增、温度上升1. 5 C.我国干旱区、半干 旱区及半湿润地区面积扩大1. 88X105 km2，湿润地区缩小1. 57X105 km2若CO2倍增、 温度上升4 C。.干里、半干旱及半湿润面积将扩大8. 43X105 km2,湿润区将缩小9. 59X 105 km2.荒漠化面积扩大7. 06X 105 km2,平均每年扩大6 9411 km2 （慈龙骏，1994）。按照 我国荒漠化土地的分布格局，现代时期的干旱和寒冷使得我国东部土地荒漠化有所发展，西 部地区荒漠化受到遏制 ,而

15、全球变暧将使得西北内陆地区干旱程度加强.东部地区土地荒漠 化程度减缓甚至逆转（李锋. 1997）。但总的变化趋势是我国东部地区的土地荒漠化将继续扩 张.（五）加速一些景点的消失:美国路易斯安那州的新奥尔良,海平面升高多少就是衡量气 候变化程度的最敏锐角度。如果大块冰层融化，如果部分格陵兰岛和南极洲西岸融化，那么 海平面的上升将是巨大的。但是对于临近海岸的城市来说，例如新奥尔良已经位于海平面以 下，即使在近期，升高的水位也会给这里的游客和居民带来麻烦。美国科罗拉多州的洛基山国家公园. 成群的甲虫正在啃食掉科罗拉多州的森林，将这些 常绿植物变成成片的呈病态红色的坏死的树。甲虫灾害覆盖了美国西部的所

16、有山脉，位于丹 佛西北部的洛基山国家公园内尤为突出。你在十年之内去那里游览，还有机会看到那些茂密、 繁盛的大树。有些变红的树林看起来也算美丽，但是应该注意到，这种颜色并非松树的自然 色。瑞士的阿尔卑斯山脉冰川. 欧洲的阿尔卑斯山脉比落基山脉坐落的海拔低，这里的冰川 I 和滑雪胜地更容易融化。一位澳大利亚的气候学家在接受国家地理采访时透露，阿尔卑 斯山著名的冰山将在2030年2050年问消失。一份2006年的报告也指出，冰川将在这个世 纪末融化。（六）对农业、林业和牧业可能产生的影响。全球变暖对农业生产的影响可谓有利有弊。 有利的一面表现为：气温升高农作物生长季节会延长，二氧化碳浓度升高有利于增加光合作 用，这样可在一定程度上提高小麦、水稻、豆类等植物的生产能力。不利的一面表现为：暖 冬将有助于许多植物病虫害的迅猛爆发（如霉粉病、锈斑病等），使农业病虫害的范围扩大， 气温升高微生物活性也提高，土壤肥力下降更快。在气温升高的条件下，支配树种分布的气 候