江理工污染生态学课件08大气污染及其生物防治

第八章大气污染及其生物防治酸雨第一节大气污染慨述成分含量体积%成份含量体积%氮氧氩二氧化碳氖氦氪氙78.0920.940.930.03180.00180.000520.000118×10-8氧化氮氢甲烷臭氧二氧化硫一氧化碳氨氧2.51×10-55×10-51.5×10-50.0620.0820.0410.0516×10-10污染源污染物一吨燃料或原料产生污染物重量(公斤)锅炉粉尘、二氧化硫、一氧化碳、酸类和有机物5～15(燃料)汽车二氧化氮、一氧化碳、酸类、有机物40～70(燃料)炼油二氧化硫、硫化氢、氨、一氧化碳、碳化氢、硫醇25～150(燃料)化工二氧化硫、氨、一氧化碳、酸、溶媒、有机物、硫化物50～200(燃料)冶金二氧化硫、一氧碳、氟化物、有机物50～200(燃料)采矿

(矿石处理加工)二氧化硫、一碳、氟化物、有机物100～300(原料)大气污染的危害

大气污染对人体的危害主要表现为卢呼吸道疾病；对植物可使其生理机制受抑制，生长不良，抗病抗虫能力减弱，甚至死亡；大气污染还能对气候产生不良影响，如降低能见度，减少太阳的辐射(据资料表明，城市太阳辐射强度和此外线强度要分别比农村减少10～30%和10～25%)而导致城市佝偻发病率的增加；大气污染物能腐蚀物品，影响产品质量；近十几年来，不少国家发现酸雨，雨雪中酸度增高，使河湖、土壤酸化、鱼类减少甚至灭绝，森林发育受影响，这与大气污染是有密切关系的。第二节温室效应温室效应（Greenhouseeffect），

定义为：从太阳辐射出来的光线原本波长较小，越过大气层时可以穿透具有与玻璃一样效应的二氧化碳、甲烷、一氧化二氮、臭氧、氟氯碳化物等气体而抵达地球表面；然而，抵达地球表面的阳光经地表反射后波长较长，会被二氧化碳等气体阻挡，不容易散失于大气外，以致地球上的温度逐年增高。一、温室气体1.二氧化碳（CO2）：由于大量使用煤、石油、天然气等石化燃料，全球的二氧化碳正以每年约60亿吨的量增加中，是造成温室效应的主要气体。

2.氟氯碳化物（CFCs）：目前以CFC-11，CFC-12，CFC-113为主。使用于冷气机、电冰箱的冷媒、电子零件清洁剂、发泡剂，是造成温室效应的气体。3.甲烷（CH4）：有机体发酵与化及物质不完全燃烧的过程会产生甲烷，主要来自牲畜、水田、掩埋场及汽机车的排放4.氧化亚氮（N2O）：系由燃烧石化燃料、微生物及化学肥料分解所排放。

5.臭氧（O3）：来自汽机车等所排放的氮氧化物及碳氢化合物，经光化学作用而产生的气体。

人類活動產出氣體

石油、煤等石化原料的燃燒二氧化碳（CO2）

農業活動甲烷（CH4）、氮氧化合物（N2O）

工業製成品氟氯碳化物（CFC）

物質燃燒

氮氧化合物（N2O）

工廠、汽車排放之氮氧化合物及碳水化合物經過光所合成

臭氧（O3）

相反的意见：

近５亿年中地球曾有过三次大冰期，其中最早的一次发生在４．６亿至４．４亿年前的奥陶纪末期。现有的证据表明那时候地球上火山喷发非常活跃，大气中二氧化碳的浓度至少是今天的２０倍以上。一部分科学家认为，按温室效应理论，当时地球应该比现在暖和得多，出现冰期就难以解释，因此他们并不信服温室效应理论。

温室效应理论认为，大气层中的二氧化碳、甲烷等气体能阻止地球散发热量，形成类似温室一样的效果。根据这个理论，科学家们认为人类燃烧化石燃料排放过量二氧化碳，使全球气温升高。但是，部分科学家仍对温室效应理论持怀疑态度，其原因是它与地球历史上一次大冰期的纪年有矛盾。而在２７日出版的《地质学》杂志上，俄亥俄州立大学地质学家索尔兹曼等人发表论文指出，奥陶纪末冰期发生的时间应该比传统认识的早１０００万年，当时地球上火山喷发活跃期还没有开始，大气中二氧化碳浓度比较低。

他们还研究了同一地点的石灰岩沉积，发现在当时海洋吸收了更多的有机碳，也意味着大气中二氧化碳的浓度比较低。索尔兹曼等人综合这些证据指出，早先人们认为奥陶纪末期的冰期在４．４３亿年前开始，而实际上应该早１０００万年。

二．增温及后果

根据对100多份全球变化资料的系统分析，发现全球平均温度已升高0.3～0.6摄氏度。其中11个最暖的年份发生在80年代中期以后，因而全球变暖是一个毋庸置疑的事实。

如冰川消退、海平面上升、荒漠化，还给生态系统、农业生产带来严重影响。

冰川消退

全球气候的小幅度波动虽然并不为人明显发觉，但对于冰川来说则有显著影响了。气温的轻微上升都会使高山冰川的雪线上移，海洋冰川范围缩小。长期观察表明，这一现象是存在的。

根据海温和山地冰川的观测分析，估计由于近百年海温变暖造成海平面上升量约为2～6厘米。其中格陵兰冰盖融化已经使全球海平面上升了约2.5厘米。全球冰川体积平衡的变化，对地球液态水量变化起着决定性作用。如果南极及其他地区冰盖全部融化，地球上绝大部分人类将失去立足之地。海平面上升

由于近年来温室气体的不断增加，造成了全球性气温上升，导致海水受热膨胀、高山冰川融化、南极冰盖解体，使得海平面上升，并且由于人为因素导致的陆地地面沉降，又造成了海平面的相对上升。

尽管不同研究人员的结果可能不同，近百年来海平面上升却是不容置疑的事实。自上世纪末以来，海平面上升约10厘米或稍多。据预测，到下个世纪末，海平面将比现在上升50厘米甚至更多。海平面上升将给人类带来惊人的严重影响。海平面上升对人类环境的危害主要表现为：

沿海陆地面积缩小、加剧海岸侵蚀、引起洪水灾害、淹没城镇、咸水入侵等。由于世界人口、工业、经济等主要集中在沿海地区，据推测，今后海平面上升1米，全世界受灾人口将达10亿，其中3～4亿人将无家可归，一些国家,尤其岛国,将从地球上消失，全世界受灾土地总面积可达500万平方千米，世界上1/3可耕地将受影响。据预测，我国海平面上升100厘米，长江三角洲海拔2米以下的1500平方千米低洼地将受到严重影响或淹没。海平面上升还将使滨海湿地和沼泽受严重影响，据研究认为湿地能承受20厘米/百年的海平面上升，如果上升过快，将使湿地面积大大减少。而湿地是许多鱼类、鸟类和稀有动物的主要生活环境。

海平面上升还可使珊瑚面临危险，珊瑚礁岛屿面积会大大减小甚至消失。海平面上升还将通过盐水侵入地下水资源，进一步使土地盐碱化，沿海地区淡水匮乏。荒漠化

荒漠化是全球变暖的又一不利影响。研究表明在全球变暖的背景下，世界上某些地区的降水将减少，而蒸发将增大，致使径流减少。地表径流减少导致一系列的缺水问题。

世界上本来就存在一些水资源短缺的地区，在此背景下将变得更加困难，荒漠化是必然结果。目前，世界沙漠化的速率是每年6万平方千米,这对于70%的干旱地区（全球陆地面积的25%)是一种潜在威胁，值得引起足够重视。气候变暖对生态系统的影响

全球变暖引起的气候变化将在几十年里发生，而大多生态系统不可能如此快地响应或迁移，因此自然生态系统将愈来愈不能与变化了的环境相适应。而由于人类社会对土地的占用，生态系统根本无法进行自然的迁移，致使原生态系统内物种的重大损失。

海洋生态系统受全球变暖的影响更大。海水温度变化以及某些洋流型的潜在变化，可能引起涌升流发生区和鱼类聚集地的变化。某些渔场可能会消失，而另一些渔场则可能扩大。气候变暖对农业生产的影响

全球变暖引起的气候变化给农业生产带来较大影响，迫使人们进行作物改造，使之与新的气候条件相适应，这方面的技术基本上可以通过基因技术和遗传控制达到。可利用水量的变化是影响农业的最重要因素。水分供给对气候变化的脆弱性转变成作物种植和粮食生产中的脆弱性，使干旱或半干旱地区的农业生产风险增大。人们需要研究世界农业将如何适应可能发生的极端条件，如长期干旱。对气侯带和植被分布的影响由于温室效应，使热带北界可能向北椎移2“，其界线大体与北回归线一，而垂直高区可能上升150m左右。

三、对策（一）温度、湿度的变化，必然迫使我们要相应调整农业结构和土地利用方式（二）保护森林、造林绿化是减少温室效应的重要措施（三）减少CO2的排放量是减缓增温的重耍保证第三节酸雨「酸雨」，顾名思义，雨是酸的。其正确的名称应为「酸性沉降」，它可分为「湿沉降」与「干沉降」两大类，前者指的是所有气状污染物或粒状污染物，随着雨、雪、雾或雹等降水型态而落到地面者，后者则是指在不下雨的日子，从空中降下来的落尘所带的酸性物质而言。，火山在化学上定义水之pH(酸碱)值等于七为中性，小于则是酸性。自然大气中含有大量二氧化碳，二氧化碳在常温时溶解于雨水中并达到气液相平衡后，雨水之酸碱值约为5.6，因此大自然的雨水是酸的；但是，在大自然中，仍存在其它致酸的物质，例如爆发所喷出的硫化氢，海洋所释放出的二甲基硫，高空闪电所导致之氮氧化物等，均会使雨水进一步酸化，而酸碱值会降至5.0左右。因此，在1980年代后期以来，许多国内外（包含环保署研究报告）研究者，已将所谓「酸雨」认知为当雨水酸碱值在5.0以下时，即确定受到人为酸性污染物的影响。因此，在环保署研究报告中，已统一雨水酸碱值达5.0以下时，正式定义为「酸雨」。二、酸雨的組成

一般酸水化學組成中，較重要的物種包括H+、Cl-、NO3-、SO2-4、NH4+、K+、Na+、Ca2+及Mg2+

等九種。其來源包括一般而言NO3-及SO2-4

為主要的致酸物質，Ca2+及NH4+為主要的中和(致鹼)物質。酸雨的危害1、酸污染对人类最严重的副作用就是呼吸方面的问题。

眼角膜和呼吸道粘膜对酸类却十分敏感，酸雨或酸雾对这些器官有明显刺激作用，导致红眼病和支气管炎,咳嗽不止,尚可诱发肺病,这是酸雨对人体健康的直接影响。另一方面，农田土壤酸化，使本来固定在土壤矿化物中的有害重金属,如汞、镉、铅等,再溶出,继而为粮食，蔬菜吸收和富集,人类摄取后,中毒,得病。这是酸雨对人体健康的间接影响。2、建筑物和雕像

酸性粒子也会沉积在建筑物和雕像上，造成侵蚀。例如,建在渥太华的美国国会大厦一直被大气中过量的二氧化硫瓦解。石灰岩和大理石跟酸接触后会转变为一种粉碎物质，称为石膏。此外，桥梁以更快的速度被腐蚀，铁路工业和飞机工业同样的必须花费更多的钱来修补由酸雨造成的损害。酸雨不仅造成了经济负担上的问题，而且也对一般大众的安全产生危险。举一个实例，1967年俄亥俄河上的桥倒塌，造成46人死亡。原因为何？由于酸雨的腐蚀。另外，酸雨也造成暴露在外的雕像受到侵蚀，这造成文化资产的破坏，令许多人担忧。3、农作物

酸雨會影響農作物稻子的葉子，同時土壤中的金屬元素因被酸雨溶解，造成礦物質大量流失，植物無法獲得充足的養分，將枯萎、死亡。但土壤中因酸雨釋出的金屬也可能為植物吸收造成影響，這問題極其複雜，譬如，酸雨中某些金屬(如，鐵)的釋出反而有助於植物的生長。因此，酸雨對植物、農作物、森林的確實影響仍不清楚。4、樹木和土壤

它可以破坏大面积的森林和农作物。据报道，欧洲和北美一些国家的森林受酸雨危害率高达30～50％。我国南方重酸区已出现一些严重的森林衰亡现象：重庆市郊地区50％的松树枯死；峨眉山金顶冷杉的死亡率达40％；浙江西天目山因酸雨的影响使大片的柳杉死亡；柳州市区和郊区的林木也出现较严重的酸雨危害。植物对酸雨反应最敏感的器官是叶片，叶片受损后会出现坏死斑、萎蔫、叶绿素含量降低、叶色发黄、退绿、光合作用降低，使林木生长缓慢或死亡，使农作物减产。同时，酸雨危害植物表皮及角质层，使植物的抗病虫害能力减弱。酸雨使土壤酸化，土质中的钙、镁等养分被酸溶解，导致土壤养分流失。酸化的土壤抑制了土壤微生物的活性，破坏了土壤微生物的正常生态群落，使有机物的分解减缓，土壤贫瘠，病虫害猖獗。5、对水生生物在5.0～6.5之间的弱酸性时，鱼卵难已孵化，鱼苗数量减少；当湖水pH值低于5.0时，大多数鱼类不能生存。因此，湖泊酸化会引起鱼类死亡。虾类要比鱼类提前灭绝。

无污染干净能源风能：太阳能：太阳能发电：潮汐能：风能：水力发电：地热：核电站：发展沼气使用低硫煤使煤前,先将煤洗静七、酸雨的防止城市集中供热禁烧秸秆汽车尾气净化用甲醇代替汽油用燃气代替汽油绿化已酸化湖泊的恢复已酸化土壤的恢复：SO2的治理烟囱内壁涂一层石灰乳用氨水吸收烟气中二氧化硫用废碱液吸收烟气中二氧化硫用活性碳吸附烟气中二氧化硫何谓我国“双控区”?

我国是个法制国家,污染控制不能只靠舆论,必须有法可依。1995年8月,全国人大常委会通过了新修订的《中华人民共和国大气污染防治法》,其中明确规定要在全国划定酸雨控制区和二氧化硫污染控制区,以求在双控区内强化对酸雨和二氧化硫的污染控制。何谓我国酸雨控制区?一般将pH值小于5.60的降水叫酸雨,

将年均降水pH值小于5.60的地区叫酸雨地区。目前,我国年均降水pH值低于5.60的地区已达全国面积40%左右。酸雨控制区应不同于酸雨地区,要比酸雨地区小得多。当降水pH值低于4.60时,将会对森林,农作物和材料产生损害,西方发达国家多将降水pH值低于4.60作为受控对象的标准。而降水pH值低于4.60的地区要比降水pH值低于5.60的地区小得多。除了这一标准而外,还要考虑生态系统对酸雨的承受能力问题。不同地区的土壤和植被等生态系统对硫沉降的承受能力不同,硫沉降负荷反映了该承受能力之大小,当实际硫沉降超过硫沉降负荷的区域就应予以控制。此外,酸雨控制区应包括酸雨污染最严重地区及其周边二氧化硫排放最大区域。依此标准,我国酸雨控制地区的面积约为80万平方公里,占国土面积8.40%。它主要包括上海市,重庆市和浙江,安徽,福建,江西,湖北,湖南,广东,广西,四川,贵州,云南等省的部分城市地区。何谓我国二氧化硫控制区?

南方的酸雨还和北方二氧化硫的大量排放有关,仅控制酸雨地区的酸性物质排放而忽略北方二氧化硫的排放,还是不能有效地控制酸雨。二氧化硫污染主要来自燃煤,集中在城市,应以城市,特别是大城市为控制单元。目前,全国有62.3%的城市二氧化硫年均浓度超过国家二级标准,达不到保护居民和生态环境不受危害的基本要求；而日均浓度超过国家三级标准,达不到保护居民和生态环境不受急性危害的最低要求。依此标准,我国二氧化硫污染控制区面积为29万平方公里,占国土面积3%。主要包括北京市，天津市及河北，山西，内蒙，辽宁，吉林,江苏,河南,陕西,甘肃,宁夏,新疆等省的部分城市。

第四节臭氧层变薄

对迄今已掌握的卫星和地面观测资料的分析表明，南极大陆上空大气中臭氧含量的明显减少始于20世纪70年代末，1982年10月南极上空首次出现了臭氧含量低于200DU（DU为多普逊臭氧单位）的区域形成了臭氧洞,在随后的几年里臭氧洞的面积不断扩大，洞内的臭氧含量不断降低。进入20世纪90年代以来，南极臭氧洞继续发展，臭氧洞的最大面积已由80年代末的2000万平方公里左右扩展到目前的大约2900万平方公里。一、臭氧层破坏的实例臭氧层破坏是当前全球面临的环境问题之一。自70年代以来就开始受到世界各国的关注。从1995年起，每年的9月16日被定为“国际保护臭氧层日”根据美国太空总署最新公布的卫星图片资料显示，自90年代起，北极上空臭氧层遭破坏的情况愈益严重，1995年至1997年间，北极臭氧层的厚度比臭氧层的长期平均厚度薄了48-60%。

科学家担心，如果情况持续下去，紫外光可能会直射至欧洲、北美洲甚至中国东北部，对人类的健康构成重大威胁。关于北极臭氧层变薄的原因，有科学家解释说，由于北极一带8至2l英里的上空，近年都长时间出现着一股低压循环旋风，它会把由地面缓缓升至高空的氯气锁在大气层外围的平流层中，无法散去，因而加剧与臭氧的化学作用。二、臭氧层破坏的原因

关于臭氧层变化及破坏的原因，一般认为，太阳活动引起的太阳辐射强度变化，大气运动引起的大气温度场和压力场的变化以及与臭氧生成有关的化学成分的移动、输送都将对臭氧的光化学平衡产生影响，从而影响臭氧的浓度和分布。而化学反应物的引人，则将直接地参与反应而对臭氧浓度产生更大的影响。人类活动的影响，主要表现为对消耗臭氧层物质的生产、消费和排放方面。大气中的臭氧可以与许多物质起反应而被消耗和破坏。在所有与臭氧起反应的物质中，最简单而又最活泼的是含碳、氢、氯和氮几种元素的化学物质，如氧化亚氮（Ｎ2Ｏ）、水蒸汽（Ｈ2Ｏ）、四氯化碳（ＣＨ4）、甲烷（ＣＨ4）和现在最受重视的氯氟烃（ＣＦＣ）等。这些物质在低层大气层正常情况下是稳定的，但在平流层受紫外线照射活化后，就变成了臭氧消耗物质。这种反应消耗掉平流层中的臭氧，打破了臭氧的平衡，导致地面紫外线辐射的增加，从而给地球生态和人类带来一系列问题。三、臭氧层破坏的影响

臭氧层破坏对人类健康的影响

由于臭氧层的破坏，太阳紫外线中以往极少能到达地面的短波紫外线也将增加，使得皮肤病和白内障患者将会增加。据统计，臭氧层减少１％可使有害的波长为２８０～３２０纳米的紫外线增加２％，其结果是皮肤病的发病率将提高２％～４％。现在，距南极洲较近的居民已饱尝臭氧层空洞带来的痛苦，如居住在智利南端的海伦娜岬角的居民，只要走出家门，就一定要在衣服遮不住的肤面涂上防晒油，再戴上太阳镜，否则半小时后皮肤就被晒成鲜艳的粉红色，并伴有搔痒病。2、臭氧层破坏对生物的影响

虽然植物已发展了对抗ＵＶ—B高水平的保护性机制，但实验研究表明，它们对波长为２８０～３２０纳米水平增加的应变能力差异甚大。迄今为止，已对２００多种不同的植物进行了波长为２８０～３２０纳米的紫外线敏感性试验，发现其中２／３产生了反应。敏感的物种如棉花、豌豆、大豆、甜瓜和卷心菜，都发现生长缓慢，有些花粉不能萌发。它能损伤植物激素和叶绿素，从而使光合作用降低。3、臭氧层破坏对全球气候的影响

平流层中臭氧对气候调节具有两种相反的效应：如果平流层中臭氧浓度降低，在这里吸收掉的紫外线辐射就会相应减少，平流层自身会变冷，这样释放出的红外辐射就会减少，因之会使地球变冷。另一方面，因辐射到地面的紫外线辐射量增加，会使地球增温变暖。如果整个平流层中臭氧浓度的减少是均匀的，则上述两种效应可以互相抵消，但是如果平流层的不同区域的臭氧层浓度降低不一致，两种效应就不会相互抵消。现在的状况是，平流层臭氧层减少呈不均匀减少趋势，这种变化的净效应如何，还有待科学研究进一步证实。四、保护臭氧层的对策１９７７年，通过了《臭氧层行动世界计划》，并成立“国际臭氧层协调委员会”。１９８５年和１９８７年分别签署了《保护臭氧层维也纳公约》和《消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》。议定书最初的控制时间表是分阶段地减少特定氟利昂的生产和消费量，到２０世纪末减至１９８６年水平的一半。但是，除了氟利昂外有机氯化合物、全氯也是破坏臭氧的物质，即使氟利