全球大气的环境问题

全球大气的环境问题 李国富 全球大气的环境问题 随着全球经济的快速发展 人们对资源的过度开发利用 不加节制的向大气中排放有 害的气体 使我们的大气环境出现了许多问题 一 全球气候变暖 由于人口的增加和人类生产活动的规模越来越大 向大气释放的二氧化碳 CO2 甲烷 CH4 一氧化二氮 N2O 氯氟碳化合物 CFC 四氯化碳 CCl4 一氧化碳 CO 等温室气体不 断增加 导致大气的组 成发生变化 大气质量受到影响 气候有逐渐变暖的趋势 由于全球气候变暖 将会对全 球产生各种不同的影响 较高的温度可使极地冰川融化 海平面每 10 年将升高 6 厘米 因 而将使一些 海岸地区被淹没 全球变暖也可能影响到降雨和大气环流的变化 使气候反常 易造成旱 涝灾害 这些都可能导致生态系统发生变化和破坏 全球气候变化将对人类生活产生一系 列重大影响 大气中的许多组分如 CO2 CH4 等 对长波辐射有特征的吸收光谱 像单 向过滤器一样 可以阻止地面向外辐射红外光 从而把能量截留在大气中 使大气温度升 高的现象 叫温室效应 能引起温室效应的气体就叫温室气体 大气中的痕量温室气体 除了 CO2 CH4 还包括 N2O NO2 O3 CO 和 CFCS 等 大气温室气体增加的原因 主要是 20 世纪以来世界人口的剧增 特别是城市人口增 加更快 使人类的工农业生产向自然环境排放的温室气体越来越多 比如工业上煤 石油 天然气等能源的利用量不断增加 使大气中温室气体的含量不断增加 近 200 年来 CO2 增加了 25 CH4 增加了一倍 N2O 和 NO2 增加了 19 CFC 以前在大气中根本就没有 它是现代工业生产中出现的一类的化合物 另外是 人类活动改变了温室气体的源和汇 生态环境的破坏 大量砍伐森林 破坏植被 直接减少了 CO2 等温室气体的汇 另外 过 多的开垦农用土地和发展畜牧业又增加了 CO2 和 NOX 等的源 例如 水稻在生长过程中 和反刍动物在消化过程中都会排放大量的 CH4 作物秸秆在燃烧时可产生 CO2 和 NOX 最新的研究还证明 作物在生长过程中也排放多种微量有机化 合物 这些有机物中有些也属于温室气体 2 全球变暖对人类的影响 全球变暖势必对人类生活产生影响 这种影响究竟有多大还有待进一步研究 但初步的 研究成果是值得注意的 1 沿海地区的海岸线变化 全球变暖会使海平面上升 使沿海地区受到威胁 沿海低地有被淹没的危险 如 水城 威尼斯 低地之国 荷兰 等 海拔稍高的沿海地区的海滩和海岸也会遭受侵蚀 需耗费 巨资修建海岸维护工程 另外 还会引起海水倒灌 洪水排泄不畅 土地盐渍化等后果 航运 水产养殖也会受到影响 2 气候带移动 气候带移动包括温度带的移动和降水带的移动 气候变暖会引起温度带的北移 温度带移动会使大气运动发生相应的变化 全球降水 也会将改变 一般来说 低纬度地区现有雨带的降水量会增加 高纬度地区冬季降雪也会 增多 而中纬度地区夏季降水将会减少 气候带的移动会引起一系列的环境变化 对于大 多数干旱 半干旱地区 降水的增多可以获得更多的水资源 这是十分有益的 但是 对 于低纬度热带多雨地区 则面临着洪涝威胁 而对于降水减少的地区 如北美洲中部 中 国西北内陆地区等 则会因为夏季雨量的减少 变得更干旱 造成供水紧张 严重威胁这 些地区的工农业生产和人们的日常生活 气候带移动引起的生态 系统改变也是不容忽视的 据估计 气候变暖将使森林所占土地面积从现在的 58 减到 47 荒漠将从 21 扩展到 24 另一方面 草原将从 18 增加到 29 苔原将从 3 减到零 又使人类增加了可利用的土地 气候变暖对农业的影响可以说有利也有弊 虽然变暖会使高纬度地区生长季节延长 有些 干旱 半干旱地区降雨可能增多 CO2 的增多能促进作物生长 但是 作物分布区向高纬 度移动 有时可能移到现在土壤贫瘠的地区 对于生产力水平低 粮食储备少的国家 其 农业生产系统对气候变化敏感性大 如果气温升高而降水不增加或增加很少 则有可能使 干旱加剧 连续长时间的干旱势必对这些国家造成严重灾害 另外 高温闷热天气也会使 病虫害变得更严重 二 臭氧层变化与臭氧洞 臭氧 O3 是氧的同素异形体 在大气中含量很少 但其浓度变化都会对人类健康和气候 带来很大的影响 臭氧存在于地面以上至少 10km 高度的地球大气层中 其浓度随海拔高度而异 平流层中的臭氧吸收掉太阳放射出的大量对人类 动物及植物有害波长的紫外线辐射 240 329 纳米 称为 UV B 波长 为地球提供了一个防止紫外辐射有害效应的屏障 但另一方面 臭氧遍布整个对流层 却起着温室气体的不利作用 在平流层中臭氧耗损 主要是通过动态迁移到对流层 在那里得到大部分具有活性催化作 用的基质和载体分子 从而发生化学反应而被消耗掉 臭氧主要是与 HOX NOX ClOX 和 BrOX 中含有的活泼自由基发生同族气相反应 1985 年 英国科学家法尔曼 Farmen 等人首先提出 南极臭氧洞 的问题 他们根据南极 哈雷湾观测站 Halley Bay 的观测结果 发现从 1957 年以来 每年早春 南极 10 月份 南 极臭氧浓度都会发生大规模的耗损 极地上空臭氧层的中心地带 臭氧层浓度已极其稀薄 与周围相比像是形成了一个 洞 直径达上千公里 臭氧洞 就是因此而得名的 这一 发现得到了许多其他国家的南极科学站观测结果的证实 卫星观测结果表明 臭氧洞在不 断扩大 至 1998 年臭氧洞的覆盖面积已相当于三个澳大利亚 而且 南极臭氧洞持续的时 间也在加长 这一切迹象表明 南极臭氧洞的损耗状况仍在恶化之中 臭氧层的损耗不只发生在南极 在北极上空和其它中纬度地区也都出现了不同程度的臭氧 层损耗现象 只是与南极的臭氧破坏相比 北极的臭氧损耗程度要轻得多 而且持续时间相对 较短 我国的科学工作者 中国气象科学院的周秀骥 也报道了在我国的青藏高原存在一 个臭氧低值中心 中心出现于每年 6 月 中心区臭氧总浓度年递减率达 0 345 这在北半球 是非常异常的现象 由于臭氧层被破坏 照射到地面的紫外线 B 段辐射 UV B 将增强 预计 UV B 辐照水平的 增加不仅会影响人类 而且对植物 野生生物和水生生物也会有影响 1 对人类健康的影响 臭氧层破坏后 人们直接暴露于 UV B 辐射中的机会增加了 UV B 辐射会损坏人的免疫 系统 使患呼吸道系统的传染病人增多 受到过多的 UV B 辐射 还会增加皮肤癌和白内 障的发病率 全世界每年大约有 10 万死于皮肤癌 大多数病例与 UV B 有关 据估计平流 层臭氧每损耗 1 皮肤癌的发病率约增加 2 总的来说 在长期受太阳照射的地区的浅 色皮肤人群中 50 以上的皮肤病是阳光诱发的 即肤色浅的人比其他种族的人更容易患 各种由阳光诱发的皮肤癌 此外 紫外线照射还会使皮肤过早老化 2 对植物的影响 一般说来 UV 辐射使植物叶片变小 因而减少俘获阳光进行光合作用的有效面积 有时 植物的种子质量也受到影响 各种植物对 UV 辐射的反应不同 对大豆的初步研究表明 UV 辐射会使其更易受杂草和病虫害的损害 臭氧层厚度减少 25 可使大豆减产 20 25 3 对水生系统的影响 UV B 的增加 对水生系统也有潜在的危险 水生植物大多数贴近水面生长 这些处于水 生食物链最底部的小型浮游植物最易受到平流层损耗的影响 而危及整个生态系统 研究 表明 UV B 辐射的增加会直接导致浮游植物 浮游动物 幼体鱼类 幼体虾类 幼体螃 蟹以及其它水生食物链中重要生物的破坏 研究人员已发现臭氧洞与浮游植物繁殖速度下 降 12 有直接关系 而美国能源与环境研究所的报告表明 臭氧层厚度减少 25 导致水面 附近的初级生物产量降低 35 光亮带 生产力最高的海洋带 减少 10 4 对其它方面的影响 有研究指出 UV B 增加会使一些市区的烟雾加剧 一个模拟实验发现 在同温层臭 氧减少 33 温度升高 4 时 费城及纳什维尔的光化学烟雾将增加 30 或更多 另一种经济上很重要的影响是 臭氧耗竭会使塑料恶化 油漆退色 玻璃变黄 车顶 脆裂 三 酸雨蔓延 酸雨是指大气降水中酸碱度 PH 值 低于 5 6 的雨 雪或其他形式的降水 这是大气污染的 一种表现 酸雨对人类环境的影响是多方面的 酸雨降落到河流 湖泊中 会妨碍水中鱼 虾的成长 以致鱼虾减少或绝迹 酸雨还导致土壤酸化 破坏土壤的营养 使土壤贫脊化 危害植 物的生长 造成作物减产 危害森林的生长 此外 酸雨还腐蚀建筑材料 有关资料说明 近十几年 来 酸雨地区的一些古迹特别是石刻 石雕或铜塑像的损坏超过以往百年以上 甚至千年 以上 世界目前已有三大酸雨区 我国华南酸雨区是唯一尚未治理的 四 危险性废物越境转移 危险性废物是指除放射性废物以外 具有化学活性或毒性 爆炸性 腐蚀性和其他对人类 生存环境存在有害特性的