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1、Environmental ChemistryChemistry is all around us环环境境科科学学与与工工程程专专业业主要参考书目主要参考书目o王晓蓉王晓蓉. 环境化学环境化学M. 南京大学出版社，南京大学出版社，1997o戴树桂戴树桂. 环境化学环境化学M. 高教出版社，高教出版社，2006o刘绮刘绮. 环境化学环境化学M. 化学工业出版社，化学工业出版社，2004o赵美萍，邵敏赵美萍，邵敏. 环境化学环境化学M. 北京大学出版社，北京大学出版社，2005o邓南圣，吴峰邓南圣，吴峰. 环境化学教程环境化学教程M. 武汉大学出版社武汉大学出版社(第二版第二版) ，2006 oV
2、aloon G.W., Duffy S.J. Environmental Chemistry: A global perspective M. Oxford University Press, 2000 oManahan, S. Environmental ChemistryM. Lewis publishers (第七版第七版), 1999 大气环境化学篇大气环境化学篇 大气环境化学主要研究大气环境中污染物的化学组成、大气环境化学主要研究大气环境中污染物的化学组成、性质、存在状态等物理化学特性及其来源、分布、迁移、性质、存在状态等物理化学特性及其来源、分布、迁移、转化、积累、消除等过程中的化
3、学行为，反应机制和变化转化、积累、消除等过程中的化学行为，反应机制和变化规律，探讨大气污染对自然环境的影响。本篇从环境化学规律，探讨大气污染对自然环境的影响。本篇从环境化学角度出发，介绍天然大气的性质和组成，大气重要污染物，角度出发，介绍天然大气的性质和组成，大气重要污染物，大气的气相反应及光化学烟雾，大气的液相反应及酸沉降，大气的气相反应及光化学烟雾，大气的液相反应及酸沉降，大气颗粒物等大气环境化学的基本原理和方法。大气颗粒物等大气环境化学的基本原理和方法。第八章第八章 天然大气和重要污染物天然大气和重要污染物大气的组成和停留时间大气的组成和停留时间大气的主要层次大气的主要层次大气中的离子及
4、自由基大气中的离子及自由基大气中的重要污染物大气中的重要污染物温室气体和温室效应温室气体和温室效应大气组分浓度表示法大气组分浓度表示法第一节第一节 大气的组成和停留时间大气的组成和停留时间一、大气的组成一、大气的组成主要成分主要成分次要成分次要成分水水 汽汽固体杂质固体杂质78.08%20.95%0.9%0.1-5%(正常范围为正常范围为1-3%)干干洁洁空空气气CO2N2O2Ar 0.03%78.0878.08 20.9520.95 tx=Mx/Rx = Mx/Fx 二、大气的组分的停留时间二、大气的组分的停留时间认为大气圈是各种气体和微粒组分的认为大气圈是各种气体和微粒组分的“贮库贮库”，
5、某组分的总，某组分的总输入速度输入速度(Fx )和总和总输出速度输出速度(Rx)是是相等的。若假设相等的。若假设X组分的组分的贮量为贮量为Mx，则可由，则可由下式确定组分下式确定组分X在大气中的停留时间在大气中的停留时间tx：意义：意义：组分停留时间长说明该组分在离开大气或转化为其他物质之前，组分停留时间长说明该组分在离开大气或转化为其他物质之前，在环境中存留相当长时间；也表明该组分在大气中的储量相对在环境中存留相当长时间；也表明该组分在大气中的储量相对于输入输出来说是很大的，意味着即使人类活动大大改变组分于输入输出来说是很大的，意味着即使人类活动大大改变组分的输入输出速率，对其总量影响也不明
6、显。若停留时间短，则的输入输出速率，对其总量影响也不明显。若停留时间短，则输入输出的改变对总储量就很敏感。输入输出的改变对总储量就很敏感。主要关注参与生主要关注参与生物地球化学循环物地球化学循环及较易变化的气及较易变化的气体体(停留时间短，停留时间短，可能参与平流层可能参与平流层或对流层的化学或对流层的化学变化变化)例：例：大气中甲烷的总量为大气中甲烷的总量为2.25 1014mol，在低层大气中浓度保持在低层大气中浓度保持1.4ppm，可以认为其输入输出速度相等，估计为可以认为其输入输出速度相等，估计为91012mol a-1。则则甲烷在大气中的停留时间为：甲烷在大气中的停留时间为：t=Mx
7、/Rx = 2.251014mol/ 91012mol a -1 =2.5a第二节第二节 大气的主要层次大气的主要层次一、对流层一、对流层 高度：高度：0-17km 温度：温度：15 -56， 组成：组成：N2 、O2 、CO2 、H2O特点：特点：（1 1）气温随高度增加而降低，平均每上升）气温随高度增加而降低，平均每上升100m100m，气温下气温下降降0.650.65。 （2 2）大气具有强烈的对流运动，使高低层的空气得以进）大气具有强烈的对流运动，使高低层的空气得以进行交换。行交换。 （3 3）气体密度大，组成复杂。大气污染现象也主要发生）气体密度大，组成复杂。大气污染现象也主要发生在
8、这一层（在这一层（特别是靠近地面的特别是靠近地面的1 12km2km范围内范围内）。）。（4 4）气候变化也主要发生在该区域。）气候变化也主要发生在该区域。二、平流层二、平流层 高度：高度：17-50km 温度：温度： -56 -2， 组成：组成：O3特点：特点：（1 1）温度变化小，随高度增加而升高）温度变化小，随高度增加而升高。 （2 2）大气组成很稳定）大气组成很稳定 （3 3）垂直对流少）垂直对流少（4 4）大气透明度高，无天气现象）大气透明度高，无天气现象三、中层三、中层 高度：高度：50-80km 温度：温度： -2 -92， 组成：组成：NO+、O2+特点：特点：（1 1）温度随
9、高度增加而降低。）温度随高度增加而降低。 （2 2）垂直运动剧烈）垂直运动剧烈 四、热层四、热层 高度：高度：80-500km 温度：温度： -92 1200， 组成：组成：NO+、O2+、O+特点：特点：（1 1）随高度增加温度越来越高）随高度增加温度越来越高 （2 2）气体密度小）气体密度小 （3 3）空气处于高度电离状态）空气处于高度电离状态( (密度小，温度高，运动剧密度小，温度高，运动剧烈、离子间碰撞机会小烈、离子间碰撞机会小) )第三节第三节 大气中的正离子和自由基大气中的正离子和自由基一、大气中的正离子一、大气中的正离子 主要：电离层（由紫外照射产生）主要：电离层（由紫外照射产生
10、）二、大气中的自由基二、大气中的自由基 1 1、自自由由基基：具具有有未未成成对对电电子子的的原原子子或或原原子子团团，具具有有高高度度活活性性3 3、自自由由基基反反应应：凡凡有有自自由由基基参参加加或或诱诱发发其其产产生生的的反反应应都都称称为为自自由基反应。由基反应。自由基活性大，反应性强，不论液相、气相均能反应，自由基活性大，反应性强，不论液相、气相均能反应，且产物常为另一个自由基，因此又能引发后续反应，所以且产物常为另一个自由基，因此又能引发后续反应，所以也称自由基反应为自由基链锁反应（也称自由基反应为自由基链锁反应（Free radical chain reaction） 2 2、
11、自由基的产生：光致电离；电磁辐射、自由基的产生：光致电离；电磁辐射例例:自由基链锁反应一般分引发（自由基链锁反应一般分引发（initiation）自由基产生、自由基产生、传播（传播（propagation）自由基传递、终止自由基传递、终止（termination）自由基消失，三个阶段。自由基消失，三个阶段。引发：引发：Cl2+hv2Cl传播：传播： Cl +CH4HCl+ CH3 CH3+Cl2 CH3Cl+Cl CH3+CH3Cl C2H6+Cl终止：终止： CH3+ Cl CH3Cl Cl + Cl Cl2 CH3+ CH3 C2H6 一般，自然界排入大气的很多微量气体为还原态的，如一般，
12、自然界排入大气的很多微量气体为还原态的，如CO、H2S、NH3、CH4，但这些还原态气体一般在大气但这些还原态气体一般在大气中存在时间并不长，或者说，从大气中经过干沉降或者湿中存在时间并不长，或者说，从大气中经过干沉降或者湿沉降回到地面时，他们为什么常常以氧化态的面目如、沉降回到地面时，他们为什么常常以氧化态的面目如、CO2、H2SO4、HNO3、HCHO等形式出现呢？等形式出现呢？ 大气中自由基反应大量存在的证明大气中自由基反应大量存在的证明大气中自由基反应大量存在的证明大气中自由基反应大量存在的证明 后来（后来（20C初），认为是大气中初），认为是大气中O3、H2O2所致，但发现所致，但发
13、现大气对流层中并没有足够的大气对流层中并没有足够的O3、H2O2；而且他们的氧化性而且他们的氧化性不足以快速将这些物质氧化。不足以快速将这些物质氧化。 最早人们以为是大气中氧所致，但实际情况是，常温常压最早人们以为是大气中氧所致，但实际情况是，常温常压下，氧并不能氧化这些气体；下，氧并不能氧化这些气体；近近10多年来，研究表明主要是大气中的自由基氧化所致多年来，研究表明主要是大气中的自由基氧化所致。三、大气中主要自由基及其来源三、大气中主要自由基及其来源（1）HO化化学学活活性性： HOHO与与烷烷烃烃、醛醛类类、烯烯烃烃、芳芳烃烃和和卤卤代代烃烃等等有有机机物物的的反反应应速速度度常常数数要
14、要比比O O3 3大大几几个个数数量量级级。 HOHO在在大大气气化化学学反反应应过程中是十分活泼的氧化剂。过程中是十分活泼的氧化剂。 根根据据研研究究， HOHO自自由由基基的的全全球球平平均均值值为为7107105 5个个/cm/cm3 3，理理论论计计算算南南半半球球比比北北半半球球多多约约20%20%。这这主主要要是是由由于于南南半半球球平平均均温温度度比北半球高所致。比北半球高所致。时空分布规律：时空分布规律：一一般般高高温温有有利利于于HOHO自自由由基基的的形形成成，所所以以HOHO自自由由基基的的时时空空分分布布是是：低低空空大大于于高高空空，低低纬纬大大于于高高纬纬，南南半半
15、球球多多于于北北半半球球，夏夏天天多于冬天，白天多于夜间。多于冬天，白天多于夜间。清洁大气中清洁大气中：HOHO自由基的天然来源是臭氧的光解。自由基的天然来源是臭氧的光解。污染大气中污染大气中：亚硝酸和过氧化氢的光解也可能是：亚硝酸和过氧化氢的光解也可能是HOHO的来源的来源 HNO HNO2 2+hv(+hv(波长小于波长小于400nm)HO+NO (400nm)HO+NO (光分解光分解) ) H H2 2O O2 2+hv(+hv(波长小于波长小于360nm)HO+HO (360nm)HO+HO (光分解光分解) )来源来源(1)(1)长波光子长波光子（一般不能形成（一般不能形成HOHO
16、 ） O O3 3+hvO+hvO2 2+O(+O(基态原子氧基态原子氧) () (315nm)315nm) O O2 2+O+MO+O+MO3 3+M+M平流层中臭氧吸收的主要是波长小于平流层中臭氧吸收的主要是波长小于290nm290nm的紫外光，在对流的紫外光，在对流层中，仍有一定的波长大于层中，仍有一定的波长大于290nm290nm光通过，臭氧可以在对流层光通过，臭氧可以在对流层内吸收这部分光线发生光解，一般波长在内吸收这部分光线发生光解，一般波长在290-400nm290-400nm。(2)(2)短波光子短波光子（可以形成（可以形成HOHO ） O O3 3+hvO+hvO2 2+O+
17、O* *（激发态原子氧）激发态原子氧） ( (315nm)315nm) O O* *+H+H2 2O2HOO2HO 实实际际上上，大大气气中中总总是是存存在在氧氧分分子子的的，因因此此只只要要能能够够生生成成H H或或HCHCO O的反应，都可能是的反应，都可能是HOHO2 2的来源。的来源。例：例：HOHO与与COCO作用也能导致作用也能导致HOHO2 2的形成的形成 HOHO+CO +CO COCO2 2+ H+ H H H+O+O2 2 HO HO2 2（2 2） HOHO2 2自由基自由基 HCHO H +HCOhvHO2O2O2HO2+CO来源：来源：HOHO2 2自由基天然源是大气
18、中醛类（尤其甲醛）光解自由基天然源是大气中醛类（尤其甲醛）光解 烃类光解或者烃类被烃类光解或者烃类被O O3 3氧化，都可能产生氧化，都可能产生HOHO2 2 RH+hvRH+hv RR+H+H H H+O+O2 2 HO HO2 2 RH+O RH+O3 3 + +hvhv RORO+HO+HO2 2HOHO在清洁大气中的主要汇机制是在清洁大气中的主要汇机制是与与COCO和和CHCH4 4的反应的反应：（3 3） HOHO和和HOHO2 2之间的转化和汇之间的转化和汇HOHO和和HOHO2 2自由基在清洁大气中可以相互转化，互为源和汇。自由基在清洁大气中可以相互转化，互为源和汇。CHCH4
19、4+ HO+ HO H H3 3C C +H+H2 2O OH H3 3C CO O2 2 O O2 2HOHO2 2 O O2 2 CO+ HO CO+ HO CO CO2 2+H+H HOHO2 2自自由由基基在在清清洁洁大大气气中中的的主主要要汇汇机机制制是是与与大大气气中中的的NONO或或O O3 3反应，结果将反应，结果将NONO转化为转化为NONO2 2，同时得到同时得到HOHO自由基。自由基。 HO2 + NONO2+ HO HO2 + O32O2+ HO另外另外HOHO和和HOHO2 2之间也可以相互作用去除之间也可以相互作用去除 HO +HO H2O2 HO2 +HO2 H2
20、O2+O2 HO2 +HO H2O+O2 烷基自由基烷基自由基O O和和HOHO与烃类发生摘氢反应时，也能生成烷基自由基与烃类发生摘氢反应时，也能生成烷基自由基 RH+HORH+HO R R +H +H2 2O O RH+O R RH+O R +HO +HO（4 4） R R、RORO和和RORO2 2等自由基等自由基大大气气中中存存在在最最多多的的烷烷基基自自由由基基是是甲甲基基，主主要要来来自自乙乙醛醛和和丙丙酮酮的的光解光解 CHCH3 3CHO+hvCHCHO+hvCH3 3 +HCO(+HCO(乙醛光解乙醛光解) ) CH CH3 3COCHCOCH3 3+hvCH+hvCH3 3
21、+CH+CH3 3COCO（丙酮光解）丙酮光解） 主要来自甲基亚硝酸酯和甲基硝酸酯的光解主要来自甲基亚硝酸酯和甲基硝酸酯的光解CHCH3 3ONO+hvCHONO+hvCH3 3O O +NO +NO（甲基亚硝酸酯光解）甲基亚硝酸酯光解）CHCH3 3ONOONO2 2+hvCH+hvCH3 3O O +NO +NO2 2（甲基亚硝酸酯光解）甲基亚硝酸酯光解） 甲氧基（甲氧基（RORO，CHCH3 3O O）大气中过氧烷基（大气中过氧烷基（RORO2 2）主要由烷基与空气中的氧分子结合得到主要由烷基与空气中的氧分子结合得到R R +O +O2 2RORO2 2第四节第四节 大气中的主要污染物大
22、气中的主要污染物1 1、主要物质：、主要物质：H H2 2S S、SOSO2 2、 SOSO3 3 、 H H2 2SOSO4 4 、 H H2 2SOSO3 3 、硫酸盐硫酸盐一、含硫化合物：一、含硫化合物：2 2、主要来源、主要来源天然源：火山喷发、微生物降解天然源：火山喷发、微生物降解人为源：燃料燃烧人为源：燃料燃烧3 3、危害、危害酸雨、硫酸烟雾酸雨、硫酸烟雾4 4、归趋、归趋主要以硫酸盐形式进入地表及水体主要以硫酸盐形式进入地表及水体( (包括海洋包括海洋) )1 1、主要物质：、主要物质：N N2 2O O、NONO、NONO2 2、 N N2 2O O5 5 、 HNOHNO3
23、3 、 HNOHNO2 2、NHNH3 3二、含氮化合物：二、含氮化合物：(1)(1)主要来源主要来源天然源：天然源：海洋、土壤、淡水和雷电。天然源是其主要来源。海洋、土壤、淡水和雷电。天然源是其主要来源。人人为为源源：主主要要有有氮氮肥肥、化化石石燃燃料料燃燃烧烧及及工工业业排排放放等等。土土壤壤中中含含氮氮化化肥肥经经过过生生物物作作用用后后可可产产生生N N2 2O O，这这是是主主要要的的人人为为源源之之一一。NONO3 3- -NONO2 2- -NONO- -NOHNNOHN2 2O O(2)(2)危害危害破坏臭氧层；继续发生氧化形成烟雾或酸雨；参与温室效应破坏臭氧层；继续发生氧化
24、形成烟雾或酸雨；参与温室效应(3)(3)归趋归趋通过土壤清除；平流层中的光解作用通过土壤清除；平流层中的光解作用2 2、 N N2 2O O(1)(1)主要来源主要来源天然源：火山天然源：火山人为源：化肥人为源：化肥(2)(2)危害危害烟雾；酸雨烟雾；酸雨(3)(3)归趋归趋以以NHNH4 4+ +、 NONO3 3- -形式归于地表形式归于地表3 3、 NONOx x1 1、主要物质：、主要物质：CHCH4 4、COCO、COCO2 2、 C C1 1- C- C1010 的的烃类烃类三、含碳化合物：三、含碳化合物：(1)(1)主要来源主要来源天然源：厌氧细菌发酵天然源：厌氧细菌发酵人为源：
25、较少人为源：较少(2)(2)危害危害温室效应温室效应(3)(3)归趋归趋土壤细菌的清除作用；与大气中羟基反应土壤细菌的清除作用；与大气中羟基反应2 2、 CHCH4 4(1)(1)主要来源主要来源天然源：较少天然源：较少人为源：工厂人为源：工厂(2)(2)危害危害温室效应；破坏臭氧层温室效应；破坏臭氧层(3)(3)归趋归趋研究中研究中2 2、 C C1 1- C- C1010 的烃类的烃类(CFCs(CFCs等等) )(1)(1)主要来源主要来源天天然然源源：海海洋洋生生物物活活动动、叶叶绿绿素素分分解解、萜萜的的氧氧化化、森森林林大大火火、COCO2 2光解、光解、 CHCH4 4光光氧化氧
26、化人为源：燃料不完全燃烧（人为源：燃料不完全燃烧（80%80%来自于汽车尾气）来自于汽车尾气）(2)(2)危害危害光化学烟雾；继续氧化形成光化学烟雾；继续氧化形成COCO2 2参与温室效应参与温室效应(3)归趋归趋3 3、 COCO CO + 1/2O2 CO2细菌细菌 CO + 3H2 CH4 +H2O 细菌细菌(1)(1)主要来源主要来源天然源：动物呼吸天然源：动物呼吸人为源：燃烧人为源：燃烧(2)(2)危害危害 温室效应温室效应(3)(3)归趋归趋光合作用光合作用4 4、 COCO2 2第五节第五节 温室效应与温室气体温室效应与温室气体v本本来来温温室室效效应应是是有有利利于于全全球球生
27、生态态系系统统的的，并并正正是是由由于于“温温室室效效应应”才才使使全全球球充充满满了了生生机机。正正是是由由于于温温室室效效应应，使使地地球球表表面面的的平平均均温温度度维维持持在在1515摄摄氏氏度度左左右右，特特别别适适合合于于地地球球生生命命的的延延续续，如如果果没没有有温温室室效效应应，地地球球表表面面平平均均温温度度将将是是-18-18摄摄氏氏度度左左右右, ,现现有的大多数生物将会无法生存。有的大多数生物将会无法生存。一、一、研究背景研究背景v温温室室效效应应有有效效地地保保存存了了地地球球表表面面吸吸收收的的来来自自太太阳阳的的能能量量，并并返返回回地地球球表表面面，保保持持地
28、地球球的的温温暖暖和和生生机机，同同时时温温室室效效应应也也和和一一些其他的一些些其他的一些“制冷效应制冷效应”机制相平衡，保持地球热量的平衡。机制相平衡，保持地球热量的平衡。 例例如如大大气气平平流流层层中中的的O O3 3拦拦截截了了绝绝大大多多数数的的太太阳阳高高能能紫紫外外线线，使使地地球球环环境有效降温，保护了地球生命（冰室效应）境有效降温，保护了地球生命（冰室效应）大气对流层中的颗粒物反射和散射太阳光，使地球降温大气对流层中的颗粒物反射和散射太阳光，使地球降温 （阳伞效应）（阳伞效应）如如在在公公元元1550-19001550-1900年年地地球球上上频频繁繁的的火火山山喷喷发发形
29、形成成的的阳阳伞伞效效应应过过强强，使地球温度过低，形成了延续使地球温度过低，形成了延续330330年的年的“小冰期小冰期”v但但是是在在近近代代开开始始，人人们们的的观观点点发发生生了了变变化化，温温室室效效应应已已经经成成为为一一个个不不可可忽忽视视的的全全球球性性环环境境问问题题，主主要要原原因因在在于于人人类类排排放放的的大大量量温温室室效效应应气气体体，对对地地球球的的保保温温的的“温温室室效效应应”过过强强，产生了过犹不及的效果。产生了过犹不及的效果。二、二、地球热平衡地球热平衡v进进入入大大气气的的太太阳阳辐辐射射约约50%50%以以直直接接方方式式或或被被云云、颗颗 粒粒物物和
30、和气气体体散散射射的的方方式式到到达达地地球球表表面面；另另外外的的50%50%被被直直接接反反射射回回去去或或被被大气吸收。大气吸收。v达达到到地地面面的的辐辐射射有有少少量量的的紫紫外外光光、大大量量的的可可见见光光和和长长波波红红外外光光；这这些些辐辐射射在在被被地地面面吸吸收收之之后后，除除了了地地表表存存留留一一部部分分用用于于维维持持地地表表生生态态系系统统热热量量需需要要，其其余余最最终终都都以以长长波波辐辐射射的的形形式式返返回回外外空空间间，从从而而维维持持地地球球的的热热平平衡衡。地地球球表表面面能能量量返返回回大大气气由由传传导、对流和导、对流和辐射辐射三种能量传输机制来
31、完成。三种能量传输机制来完成。v被被地地面面反反射射回回外外空空间间的的长长波波辐辐射射，被被大大气气中中能能够够吸吸收收长长波波辐辐射射的的气气体体如如二二氧氧化化碳碳、甲甲烷烷等等吸吸收收后后再再次次反反射射回回地地面面，从从而而保保证证了了地地球球热热量量不不大大量量散散失失，如如果果该该过过程程过过强强，就就会会造造成成温温室室效效应。应。增增加加大大气气中中COCO2 2等等温温室室气气体体浓浓度度，阻阻止止地地球球热热量量的的散散失失，使使地地球球发发生生可可感感觉觉到到的的气气温温升升高高，这这就就是是有有名名的的“温温室室效效应应”。COCO2 2吸吸收收的的红红外外光光线线的
32、的波波长长1200-1630nm1200-1630nm，并并强强烈烈吸吸收收。850-850-1200nm1200nm范范围围的的红红外外光光，能能够够强强烈烈地地被被CFCsCFCs（还还有有甲甲烷烷、一一氧氧化化二二氮氮等等）吸吸收收，因因此此人人为为排排放放的的大大量量气气体体造造成成的的温温室室效效应应要要远远远大于自然条件下的温室效应。远大于自然条件下的温室效应。三、三、温室效应温室效应一般主要是由于水分子的吸收红外辐射引起的，一般主要是由于水分子的吸收红外辐射引起的，H H2 2O O吸收的吸收的红外光线的波长红外光线的波长700-850nm700-850nm和和1100-1400
33、nm1100-1400nm，而且吸收微弱，而且吸收微弱，所以自然条件下的温室效应不是很强烈所以自然条件下的温室效应不是很强烈2.2.人为的温室效应人为的温室效应：1 1、大气中自然发生的温室效应、大气中自然发生的温室效应温温室室气气体体包包括括两两类类：一一类类在在对对流流层层混混合合均均匀匀，如如COCO2 2、CHCH4 4、N N2 2O O和和CFCsCFCs。另另一一类类在在对对流流层层混混合合不不均均匀匀，如如O O3 3、nMHCsnMHCs。造造成成混混合合不不同同的的原原因因是是因因为为这这些些温温室室气气体体在在大大气气中中的的寿寿命命（平平均均存存留留时时间间）不不同同，
34、化化合合物物寿寿命命长长，则则容容易易混混合合均均匀匀，其其温温室室效效应应具具有有全全球球特特征征。寿寿命命短短则则不不利利于于混混合合均均匀匀，其其温温室室效效应应只只具具有有区域性特征。区域性特征。四、温室气体四、温室气体许许多多研研究究资资料料表表明明，在在过过去去的的10001000年年内内，自自工工业业革革命命开开始始后后全全球球大大气气对对流流层层中中COCO2 2、CHCH4 4、N N2 2O O和和CFCsCFCs、O O3 3、nMHCsnMHCs等等都都出出现现了了浓浓度度增增高高的的趋趋势势，特特别别是是18701870年年以以来来，这这些些温温室室气气体体几几乎乎呈
35、呈几何级数形式在增长，这引起了人们对温室气体研究的关注。几何级数形式在增长，这引起了人们对温室气体研究的关注。COCO2 2：自自17501750年年以以来来，大大气气中中COCO2 2的的浓浓度度增增加加了了31%31%，目目前前大大气气中中COCO2 2的的浓浓度度是是过过去去4242万万年年内内最最高高的的。人人为为排排放放的的COCO2 2占占3/43/4是是化化石石燃燃料料的的燃燃烧烧，其其余余1/41/4来来自自土土地地利利用用变变化化造造成成毁毁林林开开荒荒（绿绿色色植植物物对对COCO2 2吸吸收收的的减减少少）。过过去去的的2020年年里里，COCO2 2的的增增长长幅幅度度
36、为为1.55ppm/a1.55ppm/a。CHCH4 4：增增长长很很快快，19751975年年以以来来增增长长了了1060ppbv1060ppbv，目目前前大大气气中中CHCH4 4浓浓度度是是4242万万年年以以来来最最高高的的。目目前前约约有有一一半半多多是是人人为为排排放放，例例如燃烧化石燃料、家畜饲养、水稻种植、垃圾填埋等。如燃烧化石燃料、家畜饲养、水稻种植、垃圾填埋等。H2O和和CO2H H2 2O O和和COCO2 2分分子子中中具具有有多多个个原原子子，吸吸收收红红外外线线时时，其其分分子子发发生生波波动动，这这样样红红外外辐辐射射线线能能够够在在其其分分子子内内部部发发生生量
37、量子子转转换换，因因此此能能够够被被他他们们吸吸收收；这这就就是是为为什什么么虽虽然然大大气气中中氩氩含含量量很很多多，但但是是不能有效吸收红外线的原因。不能有效吸收红外线的原因。因因为为红红外外辐辐射射是是电电磁磁波波，因因此此物物质质分分子子吸吸收收红红外外光光后后，要要求求其其分分子子内内部部电电场场发发生生改改变变，也也就就是是分分子子之之间间的的电电偶偶极极距距发发生生变变化化，H H2 2O O和和COCO2 2具具有有不不对对称称的的电电偶偶极极距距，因因此此能能够够吸吸收收红红外外线线，并并导导致致内内部部电电场场发发生生变变化化，而而象象N N2 2、O O2 2等等虽虽然然
38、能能够够在在受受到到红红外外光光辐辐射射时时，其其分分子子内内部部发发生生原原子子之之间间的的能能量量转转换换而而发发生生分分子子颤颤动动，但但是是其其分分子子是是对对称称的的，因因此此不不会会导导致致内内部部电电场场发发生生变变化化，因而不能有效吸收红外线。因而不能有效吸收红外线。在在大大气气中中要要求求一一定定的的浓浓度度，H H2 2O O和和COCO2 2在在大大气气中中的的浓浓度度较较高高，象象HClHCl、COCO、NONO、N N2 2O O等等分分子子都都具具备备这这样样的的条条件件，但但是是其其在在大大气气中中的的浓浓度度远远远远低低于于H H2 2O O和和COCO2 2，
39、因因此此目目前前他他们们还还不不是是主主要要的的温温室室气体。气体。虽然虽然COCO2 2是研究的最主要的温室气体，但是是研究的最主要的温室气体，但是CFCsCFCs等浓度增加造成的温室效应要比等浓度增加造成的温室效应要比COCO2 2强很多。目前强很多。目前CFCsCFCs比如比如CFC-11CFC-11、CFC-12CFC-12已经成为十分有效的温室气体。已经成为十分有效的温室气体。CFCsH H2 2O O吸收的红外光线的波长吸收的红外光线的波长700-850nm700-850nm和和1100-1400nm1100-1400nm，而且吸而且吸收微弱，收微弱，COCO2 2吸收的红外光线的
40、波长吸收的红外光线的波长1200-1630nm1200-1630nm，并强烈吸收。并强烈吸收。但是对于但是对于850-1200nm850-1200nm范围的红外光，对于范围的红外光，对于H H2 2O O和和COCO2 2则是透明的则是透明的（不能被吸收）。但是这个范围波段的红外光能够强烈地被（不能被吸收）。但是这个范围波段的红外光能够强烈地被CFCsCFCs（还有甲烷、一氧化二氮等）吸收。还有甲烷、一氧化二氮等）吸收。对对于于H H2 2O O和和COCO2 2对对红红外外光光的的吸吸收收，目目前前已已经经是是“纯纯”吸吸收收，就就是是说说，在在在在1200nm1200nm以以上上和和850
41、nm850nm以以下下的的红红外外光光目目前前基基本本上上已已经经全全部部被被H H2 2O O和和COCO2 2吸吸收收了了，再再增增加加的的单单位位的的H H2 2O O和和COCO2 2浓浓度度对对于于红红外外光光的的吸吸收收只只占占总总吸吸收收量量的的很很少少一一部部分分，但但是是，原原来来大大气气中中CFCsCFCs等等的的浓浓度度较较低低，因因此此他他们们增增加加一一个个单单位位浓浓度度，对对于于红红外外光光的的吸吸收收量量是是很很大大的的，因因此此目目前前CFCsCFCs比比如如CFC-11CFC-11、CFC-12CFC-12等等已已经经成成为为十十分分有效的温室气体。有效的温
42、室气体。五、温室效应危害五、温室效应危害全球平均温度上升，两极冰融化，海平面上升，沿海一些城全球平均温度上升，两极冰融化，海平面上升，沿海一些城市可能被淹没；市可能被淹没；全球气温上升中，由于两极温度升高快，而赤道升温慢，因全球气温上升中，由于两极温度升高快，而赤道升温慢，因此会导致全球的大气环流发生改变，例如西风漂流等减弱，东此会导致全球的大气环流发生改变，例如西风漂流等减弱，东北信风和东南信风都会减弱等，从而引发一系列的气候变化反北信风和东南信风都会减弱等，从而引发一系列的气候变化反应；应；另外由于温室气体上升，还会伴随大量其他环境问题，如物另外由于温室气体上升，还会伴随大量其他环境问题，
43、如物种对气候不适应导致的物种灭绝，生物对气候的不适应可能导种对气候不适应导致的物种灭绝，生物对气候的不适应可能导致的疾病流行等等。致的疾病流行等等。第六节第六节 大气组分浓度表示法大气组分浓度表示法混合比单位表示法混合比单位表示法单位体积内物质的质量表示法单位体积内物质的质量表示法(mg/m3、ug/m3)ppm 10-6pphm 10-8ppb 10-9ppt 10-12ppmVppmmX(ppm) = (22.4/M)A(mg/m3)1 1、大气中重要污染物的源与汇、大气中重要污染物的源与汇2 2、主要自由基的来源、主要自由基的来源本章重点：本章重点：1 1、请写出大气主要自由基的来源、请写出大气主要自由基的来源2 2、请请叙叙述述大大气气中中含含硫硫化化合合物物、含含氮氮化化合合物物、含含碳碳化化合合物物、和含卤素化合物的源与汇和含卤素化合物的源与汇3 3、主要温室气体造成温室效应的机制、主要温室气体造成温室效应的机制思考题：思考题：
