环境化学大气部分

,酸雨过多的腐蚀，使泰姬陵日益变黄。难怪文物界人士多少年来一直抱怨说，泰姬陵在哭泣。,泰姬陵在哭泣,重庆的厄运,在酸雨的侵蚀下，重庆嘉陵江大桥的钢梁必须每年除锈和油漆一次，每次花费几十万元；重庆城区的电线更换线材时间缩短；重庆电视塔建成后仅三年就生锈，九年内已两次维修。,重庆日报1993-11-01,三、酸性降水：,酸沉降(aciddeposition),酸雨:“空中死神”“天堂的眼泪”“偷越国界的污染”世界三大酸雨地区：西欧、北美、东北亚我国南方特别是西南酸雨普遍，重庆地区甚至出现了pH=3的低值。,第四节大气圈中的主要环境问题,根据CO2在全球大气浓度330mL/m3与纯水的平衡，可以求得降水的pH背景值。,1、降水的pH,C,O,2,(,g,),+,H,2,O,H,2,C,O,3,H,C,O,3,-,+,H,H,2,C,O,3,H,C,O,3,-,+,C,O,3,-,H,2-,K,H,K,1,K,2,第四节大气圈中的主要环境问题,电中性原理：,解方程，得pH=5.6。,第四节大气圈中的主要环境问题,2、降水pH的背景值,1、pH5.6的降水也未必没受到酸性物质的人为干扰：碱性物质的存在，雨水有一定的缓冲容量。,因此,pH5.6不是一个判别降水是否受到酸化和人为污染的合理界限。于是有人提出了背景值问题。,两点异议:,第四节大气圈中的主要环境问题,2、降水pH的背景值,从1979开始，美国着手于全球降水化学研究计划（GPCP），致力于全球背景点降水组成的测定。,第四节大气圈中的主要环境问题,2、降水pH的背景值,因此,如果pH5.0，就可以确信人为影响的存在，所以认为5.0作为酸雨的pH值的界限更合适。,20世纪90年代，在丽江陆地背景站测量并确定降水pH的背景值约为5.0。,第四节大气圈中的主要环境问题,3、降水的化学组成,第四节大气圈中的主要环境问题,3、降水的化学组成,第四节大气圈中的主要环境问题,第四节大气圈中的主要环境问题,4、酸雨的化学组成,第四节大气圈中的主要环境问题,研究酸雨必须进行雨水样品的化学分析，通常测定化学组分有如下几种离子：,我国酸雨中关键性离子：SO42-、NO3-、Ca2+、NH4+,阴离子：SO42-、NO3-、HCO3-、Cl-,阳离子：H+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+、Na+,降水的酸度是酸和碱平衡的结果。,第四节大气圈中的主要环境问题,SO42-和NO3-对酸雨的贡献,国外的酸雨为H2SO4HNO3型（2：1）燃煤和汽车尾气引起。,中国的酸雨属于H2SO4型燃煤引起。SO42-含量约为NO3的几倍到几十倍。,4、酸雨的化学组成,第四节大气圈中的主要环境问题,国内外部分地区降水中SO42-和NO3-的比值,第四节大气圈中的主要环境问题,表2-25降水中离子浓度比较（mol/L),比较酸雨区与非酸雨区数据，可见阴离子浓度相差不大，而阳离子浓度相差较大。,注：本表摘自王晓蓉，1993。北京和天津市区数据平均值。重庆铜元局和贵阳喷水池数据平均值。,第四节大气圈中的主要环境问题,5、影响酸雨形成的因素,（1）酸性污染物的排放及其转化条件：西南煤中含S高，且很少脱S处理；气温高，湿度大。,（2）大气中的氨：,大气中氨含量北高南低。,第四节大气圈中的主要环境问题,贵阳,图2-22北京、成都、重庆、贵阳城区总颗粒物缓冲曲线,加入H+(mol/L),(3)颗粒物酸度及缓冲能力：,(4)天气形势影响：重庆市煤耗量为北京的1/3，但每年SO2排放量为北京的2倍。而且重庆和贵阳的气象条件和多山的地形不利于污染物的扩散，所以成为强酸性降雨区。,第四节大气圈中的主要环境问题,6、酸雨的危害,（1）河流、湖泊酸化，危害渔业（水体pH4.8时鱼类就消失)。（2）土壤酸化，损害农作物和林木生长。（3）腐蚀建筑物、设备、文化古迹等。（4）影响人类健康。（5）影响地球气候。,第四节大气圈中的主要环境问题,AcidrainhasscarredthepineforestatClingmansDoveintheSmokyMountain,7、酸雨的防治,（1）制定大气质量标准，加强排放控制。（2）调整能源结构。（3）开发利用煤炭新技术。（4）加强监测和研究，掌握排放和迁移状况。（5）改进技术，提高能源利用率。,第四节大气圈中的主要环境问题,某次雨水的分析数据如下：NH4+=2.010-6mol/L,Cl-=6.010-6mol/L；Na+=3.010-6mol/L,NO3-=2.310-5mol/L；SO42-=2.810-5mol/L,则此次雨水的pH值大约为：A.3B.4C.5D.6,根据数据，可看出阳离子所带电荷总量小于阴离子所带电荷总量，根据电荷守恒，应还有一种阳离子，为H+，其浓度为：H+=Cl-+NO3-+2SO42-NH4+Na+=6.010-6mol/L+2.310-5mol/L+22.810-5mol/L-2.010-6mol/L-3.010-6mol/L=810-5mol/L则此时雨水的pH=-lg(810-5)=5-lg8=5-0.94,第四节大气圈中的主要环境问题,TheglobalairtemperatureattheEarthssurfacehasincreasedabout0.5oCduringthepastcentury.,第四节大气圈中的主要环境问题,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,4%,地球表面反射,47%,17%,6%,9%,15%,9%,24%,24%,52%,48%,100%,10%,25%,云吸收,浮尘,被臭氧、水蒸气、碳酸气等吸收,散射,图2-24.太阳辐射通过大气到达和离开地球的情况,反射,地球外部太阳辐射（包括紫外、可见光、红外）,（1）地球热平衡：,四、温室气体和温室效应,第四节大气圈中的主要环境问题,地球的辐射平衡：,第四节大气圈中的主要环境问题,图2-26MaunsLoa岛本底站测定的大气中CO2的浓度变化(唐孝炎，1990),196019651970197519801985年,340330320310,CO2(mL/m3),第四节大气圈中的主要环境问题,Whenconcentrationsofgreenhousegasesincrease,moreinfraredradiationisreturnedtowardtheearthandthesurfacetemperaturerises.,十、温室气体和温室效应,naturalgreenhouseeffect,enhancedgreenhouseeffect,第四节大气圈中的主要环境问题,判断一种物质是否大气中重要的温室气体，主要从三个方面考虑：,1、该气体有宽的红外吸收带，在大气中浓度高，显著吸收红外辐射；,2、该气体若在713m的大气辐射窗口有吸收，对温室效应的增强最有效；,3、大气寿命长。,第四节大气圈中的主要环境问题,第四节大气圈中的主要环境问题,CFC-11andCFC-12areeffectiveinfraredabsorber,TheabsorptionspectraofCFC-11andCFC-12coincideswiththeatmosphericwindow,气体大气中浓度（L/m3）年平均增长率（%）二氧化碳3440000.4甲烷16501.0一氧化碳3040.25二氯乙烷0.137.0臭氧不定CFC110.235.0CFC120.45.0四氯化碳0.1251.0注：本表摘自俊藤搏俊，1990。,表2-28大气中具有温室效应的气体,第四节大气圈中的主要环境问题,主要温室气体特征：,第四节大气圈中的主要环境问题,喜马拉雅山脉的冰川加快了融化速度,到2100年，北极的夏季冰川可能消失殆尽。包括北极熊在内的北极动物将濒临灭绝。,太热了，裸奔吧！,温室效应的危害：1、全球气候变暖；2、冰川熔化，海平面上升使部分陆地淹没；3、土地沙漠化；4、厄尔尼诺现象等。,联合国气候变化框架公约,第四节大气圈中的主要环境问题,五、臭氧层的形成与耗损,臭氧主要存在于平流层（90%以上）。高度在1535km范围的低平流层，臭氧浓度最高，称为“臭氧层”。臭氧层地球生命的保护伞30亿年前，大气中没有臭氧层，生命只能存在海面10km以下。,第四节大气圈中的主要环境问题,第四节大气圈中的主要环境问题,十一、臭氧层的形成与耗损,第四节大气圈中的主要环境问题,极度紫外区,第四节大气圈中的主要环境问题,1、臭氧层形成与耗损的化学反应,形成：,消耗：光解，浓度稳定。,第四节大气圈中的主要环境问题,2、O3层破坏的催化机制,（1）NOx的主要催化反应：,NO+O3NO2+O2NO2+ONO+O2总反应：O+O32O2,（2）HOx的主要催化循环反应：,HO+O3HO2+O2HO2+OHO+O2总反应：O3+O2O2,第四节大气圈中的主要环境问题,（3）ClOx消除O3的催化循环反应：,3、南极的臭氧洞现象：“极地风暴漩涡”“极地平流层云”,第四节大气圈中的主要环境问题,OctoberozoneholeoverAntarctic,第四节大气圈中的主要环境问题,国际社会关于ODS（OzoneDepletingSubstances）减排的研究和决策一直十分活跃。,1987年24个国家签署了蒙特利尔议定书；1990年通过了议定书的伦敦修正案；1992年通过了哥本哈根修正案；1999年通过北京修正案。,各次的修改结果都是受控物质的种类被再次扩充，完全淘汰的日程也一次次提前。,第四节大气圈中的主要环境问题,图2-33南极地区臭氧最小浓度和最大臭氧洞面积模拟结果（来自WMO，2003）*图中黑点是观测结果，其他标志是不同模式预测的结果,多种模式运算结果显示臭氧洞问题估计在20002020年越过损耗最严重的时段，进入恢复期，在20202060年的时间范围内可望全面恢复。,第四节大气圈中的主要环境问题,第五节室内空气污染,现代成年人70%-80%的时间在室内，每天吸入10-13m3的空气。,根据美国的一项调查，室内空气中可检出500多种挥发性有机化合物。,加拿大健康部的调查表明，当前人们68%的疾病与室内空气污染有关。,有专家认为，在经历了“煤烟型