大气环境1.ppt

大气与环境 大气与空气 空气 对于室内和特指某个地方 如车间 厂区等 供动植物生存的气体 习惯上称为空气 对这类场所的空气污染就用空气污染一词 并规定相应的质量标准和评价方法 大气 在大气物理 大气气象和自然地理的研究中 是以大区域或全球性的气流作为研究对象 因此常用大气一词 同时 对这种范围的空气污染就称之为大气污染 也对它规定相应的质量标准和评价方法 上述两类污染 也可统称为大气污染 天空与太空 天空 是与 地面 对应的 其原有的含义是日月星辰罗列的广大空间 但是 航空航天事业的发展 将 天 与 空 区分开来了 空 是指地球大气层空间 天 是指地球大气层以外的广大宇宙空间 汉语 太空 的原有含义是指很高的天空 这与现在所称的 天 的含义相同 大概是由于 天 这个词的语音短促 生硬等原因 在多数情况下 人们将地球大气层以外广大宇宙空间称为 太空 并与英语 space 对应 地球大气层以外的宇宙空间实在太宽广了 在实际使用中 又出现了 深空 外空 和 空间 等与 太空 同义的词 将太空细分一下是科学的需要 不过 空间 是宇宙空间的总称 它与 时间 对应 再将空间的一部分叫做 空间 显然是不适合的 而深空 外空等词则缺乏准确的物理含义界定 为适应需要 我们克服与现有一些名词的物理含义 在适当增补一些新的名词 如以地球大气层空间 即以 空 为基准 往外依次可称太阳系空间为 太空 银河系空间为 因空 河外星系空间为 外空 等等 航天 航宇 宇航如何划分 由于历史上的原因 人们对人类在不同范围内的活动给于不同的称呼 以示区别 如在海洋上的活动叫 航海 在地球大气层中活动叫 航空 冲出地球大气层 到广袤的宇宙空间活动叫 宇宙航行 简称 宇航 由于宇宙航行的范围过于宽广 我国著名科学家钱学森在1980年 宇宙学报 的创刊辞中指出 宇宙航行应划分为两个阶段 第一阶段在地球大气层以外 太阳系范围以内活动 叫 航天 第二阶段冲出太阳系 在银河系乃至河外星系活动 叫 航宇 钱学森还指出 人类要实现航宇的理想 在科学技术上还必须有几次大的飞跃 当然 也有人将整个宇宙航行叫做航天的 地球最外层是大气 其质量约3 9 1015t 它占地球总质量的百万分之一 大气质量在垂直方向上分布不平均 受地球引的力作用 主要集中在下部 50 的质量位于距地球表面5km以内75 的质量位于距地球表面10km以内90 的质量位于距地球表面30km以内 大气的结构与组成 大气的质量分布 大气的结构 均质层 大气层的结构 1 从地球表面向上 大约到90千米的高度 大气的主要成分氧和氮和组成比例几乎没有什么变化 具有这样特性的大气层 称它为均质大气层 简称为均质层 在均质层以上和外层空间的大气层 如热层 其气体的组成随高度的升高有很大变化 这个圈层我们称它为非均质层 在均质层中 根据气体的温度沿地球表面垂直方向的变化 分为对流层 平流层和中间层 大气层的结构 对流层Troposphere 位置 是大气圈的最低一层 其厚度平均约12千米 两极薄 赤道厚 整个大气圈的质量约有 来自这一层 特点 A气温随高度增加而递减 大约增高100m 温度降低0 6 B密度大 大气质量的3 4在本层 太阳光线通过大气圈时 不能使气温升高 而晒热的地壳 却能从下面加热大气圈 使其温度上升 因此 在对流层中 高度愈高 气温愈低 这一层大气对人类的影响最大 通常所谓空气 大气 污染就是指这一层 特别是厚度2千米以内的大气 受到地形和生物的影响 局部空气更是复杂多变 对流层的特点是直接与水圈和岩石圈靠近 这一层的空气是对流的 引起对流的原因 由于岩石圈与水圈的表面被太阳晒热 面热辐射将下层空气烤热 冷 热空气发生垂直的对流现象 还有地面有海 陆之分 昼 夜之别 以及纬度高低之关 因而不同地面 温度也有差别 这样就形成了水平方向的对流 归纳一下 对流可以是垂直的 也可以是水平的 结果形成风的搅混 空气就被混合得均匀了 近地空气层的化学成分大致是相同的 对流的原因 大气层的结构 平流层Stratosphere 位置 对流层上面是平流层 特点 温度随高度的增加而上升 并且经常保持稳定 在25 30千米高度处 气温均为 55 在该层内 臭氧会吸收阳光的紫外线 分解成氧分子和氧原子 它们很快又重新化合成臭氧 放出热量 顶部的气温可上升到 3 以上 由于阳光自上面加热 所以高度愈高 气温就愈高 此层厚度约38千米 大气层的结构 中间层Mesosphere 特点 气温又随高度的增加而下降 最低可降到 83 左右 厚度约35千米 热层 Thermosphere 最顶层是热层 Thermosphere 因其中的原子氧吸收太阳能使温度急剧上升 而且 其中有一个带电粒子的稠密带 因此 又称为电离层 Ionsphere 它能使无线电反射回地面 这对远距离通讯极为重要 本层厚度约630千米 逸散层 热层的上面 即高度在800千米以外 就是外大气层 这里气体极为稀薄 以致一个气体质点被碰撞出这一层就很难被上层气体质点再碰撞回来 而进入星际空间了 故此层又称逸散层 其厚度约15000 24000千米 电离层和散逸层也称为非均质层 在此以外就是宇宙空间了 平流层以上总的特点 平流层以上的大气层 几乎没有水蒸气和尘埃 因而一般气流平衡 大气透明度好 极少狂风暴雨等现象 大气的组成 1 大气是气体的混和物除含有各种气体元素和化合物外 还含有水滴 冰晶 尘埃和花粉等杂质 干洁空气 大气中除去水气和杂质的空气为干洁空气 大气的组成 2 大气由稳定组分 可变组分和不定组分组成稳定的 氮78 09 氧20 95 氩0 93 这三者共占空气总体积的99 97 加上微量的氖 氦 氪 氙 氡等稀有气体 就是空气中的恒定组分 这一组分的比例 在地球表面上任何地方几乎是可以看作不变的 可变的组分系指空气中的二氧化碳和水蒸气 在通常情况下二氧化碳的含量为0 02 0 04 水蒸气的含量为4 以下 这些组分在空气中的含量是随季节和气象的变化以及人们的生产和生活活动的影响而发生变化的 为什么可变 不定组分 大气中的不定组分受自然和人为活动影响因素较大 不同地方 不同时间都会有变化 大气不定组分的来源有二 自然界的火山爆发 森林火灾 海啸 地震等暂时性的灾难所引起的 由此形成的污染物有尘埃 硫 硫化氢 硫氧化物 氮氧化物 盐类及恶臭气体 一般说来 这些不定组分进入大气中 可造成局部和暂时性的污染 由于人类社会生产的发展 城市增多与扩大 人口密集 或由于城市工业布局不合理 环境管理不善等人为因素 使得大气中增加或增多了某些不定组分 如煤烟 尘 硫氧化物 氨氧化物等 这是空气中不定组分的最主要来源 也是造成空气污染的主要根源 干洁大气的组成 大气污染物的主要来源 天然污染源火山喷发 排放出SO2 H2S Cox HF及火山灰森林火灾 排放出COx SO2 NO2 HC等自然尘 风砂 土壤尘等森林植被物释放 主要为萜烯类碳氢化合物海浪飞沫 颗粒物主要为硫酸盐与亚硫酸盐人为污染源燃料燃烧工业生产排放农业排放交通运输排放 大气污染源的划分 1 1 按污染源存在的形式划分 固定污染源 位置固定 如工厂的排烟或排气 移动污染源 位置可以移动 在移动过程中排放大量废气 如汽车等 这种分类方法适用于进行大气质量评价时满足绘制污染源分析图的需要 2 按污染物排放的方式分 高架源 污染物通过高烟囱排放 一般情况下 这是排放量比较大污染源 面源 许多低矮烟囱集合起来而构成的一个区域性的污染源 线源 移动污染源在一定的街道上造成的污染 这种分类方法适合用于大气扩散计算 大气污染源的划分 2 3 按污染物排放的时间分 连续源 污染物连续排放 如化工厂的排气筒等 间断源 排出源时断时续 如取肯锅炉的烟囱等 瞬间源 排放时间暂短 如某些工厂的事故排放 4 按污染产生的类型分 工业污染源 这里包括燃料燃烧排放的污染物 生产过程中的排气 如炼焦厂向大气排放H2S 酚 苯 烃类等有毒害物质 各类化工厂向大气排放具有刺激性 腐蚀性 异味性恶臭的有机气体 化纤厂排放的H2S 氨 二氧化碳 甲醇 丙酮等等 以及生产过程中排放的种类矿物和金属粉尘 家庭炉灶排气 在我国这是一种排放量大 分布广 排放高度低 危害性不容忽视的空气污染源 汽车排气 在一些发达国家 汽车排气已构成大气污染的主要污染源 目前全世界的汽车已超过两亿辆 一年内排出一氧化碳近2亿吨 铅40万吨 大气污染的概念 自然界中局部的质能变化和人类的生产和生活活动 改变大气圈中某些原有成分和向大气中排放有毒有害物质 以致使大气质量恶化 影响原来有利的生态平衡体系 威胁着人体健康和正常工农业生产 以及对建筑物和设备财产等构成损坏即为大气污染 大气污染物 重要污染物 比较重要的空气污物有 碳氢化合物 HC 一氧化碳 CO 氮氧化的 NOx 硫氧化物 SOx 和微粒物质 Particulates 等五种 这些污染物排放到大气中以后 与正常空气成分相混合 在一定的条件下会发生各种物理和化学变化 并可能生成一些新的污染物质 一次污染物 从各类污染源直接排出的物质二次污染物 由一次污染物在大气中互相作用经化学反应或光化化学反应形成的与一次污染物的物理 化性质完全不同的新的大气污染物 一次污染物 一次污染物又可分为反应性污染物和非反应性污染物两类 反应性污染物的性质不稳定 在大气中常与某些其它物质产生化学反应 或作为催化剂促进其它污染物产生化学反应 非反应性污染物 性质稳定 不发生化学反应 或反应速度很缓慢 一次性污染物在大气中物理作用或可分为以下几种 气体污染物之间的化学反应 可在有催化剂或无催化剂作用下发生 常温下 有催化剂存在时 硫化氢和二氧化硫气体污染物之间的反应 是其中的一例 2H2S 4SO23S 2H2O 空气中粒状污染物对气体污染物的吸附作用 或粒状污染物表面上的化学物质与气体污染物之间的化学反应 例如尘粒中的某些金属氧化物与二氧化硫直接反应 生成硫酸盐 MgO 4SO23MgSO4 MgS 气体污染物在气溶胶中的溶解作用 4 气体污染物在太阳光作用下的光化学反应 二次污染物 常见的二次污染物有 臭氧 过氧化乙酰酯 PAN 硫酸及硫酸盐气溶胶 硝酸及硝酸盐气溶胶 以及一些活性中间产物 如过氧化氢基 HO2 氢氧基 OH 过氧化氮基 NO3 和氧原子等 例如二次污染物硫酸烟雾 又称硫酸气溶胶 就是通过下述过程而形成的 O3H2SO4 H2SO4 m H2O n 13 3 生成物 2SO4 m H2O n就是气溶胶核 它继续吸附大量的 O2 SO3和H2SO4 H2O 长成较大的粒子 这些小微粒分散在空气中 即形成硫酸气溶胶 硫酸烟雾 在干燥空气中 其含量达800ppm时 人还可以忍受 足见大气中的二次污染物对环境的危害很大 大气中主要污染物 各种主要污染物的来源及危害 气溶胶状态污染物 气溶胶状态污染物 气溶胶状态污染物的危害 人体易吸入 直接人体影响健康遮挡阳光 可见度降低 使气温降低 或形成冷凝核心 使云雾和雨水增多 以致影响气候 同时交通不便 航空与汽车事故增加 照明耗电增加 燃料消耗随之增多 煤时生成的SOX 再加上微粒 年几何平均值超过80微克 米3时 的作用 对呼吸系统的危害特别大 在造成死亡事故中 微粒的危害作用比二氧化硫还要大微粒中含有多种有害元素对人和生态影响极大 硫氧化合物 自学 种类作用 来源 常见作用机理 硫氧化合物对人体的影响 氮的氧化物 毁坏棉花 尼龙等织物 破坏染料 使其褪色 并腐蚀镍表铜材料 损害植物 在0 5ppmNO2下持续35天 能使柑桔落叶和发生萎黄病 在0 25ppmNO2下8个月 柑桔即减产 城市空气中的NO2浓度能引起急性呼吸道病变 试验证明 在NO2每天浓度为0 063 0 083ppm的条件下 经六个朋儿童的支气管炎发病率增加了 氮的氧化物的危害 碳的氧化物 碳氢化合物 自然界中的碳氢化合物 主要是由生物的分解作用产生的 据估计全世界每年由此产生的甲烷 CH4 约3亿吨 烯 Terpenes 即通式为 C5H8 n的链状或环状烯烃类 与2 甲基丁烯 lsoprenes 约4 4亿吨 乡村中碳氢化合物来源有不完全的燃烧和有机体化合物的蒸发 据报道 1970年美国碳氢化合物的总排出量为3500万吨 其中汽