chap人类与大气圈

第2章人类与大气圈2.1大气圈的结构与组成2.1.1大气圈的演化2.1.2大气圈的结构2.1.3大气的组成2.2大气污染及其类型

2.2.1大气污染分类2.2.2大气污染源的类型大气污染是范围最广泛、最严重的污染。如臭氧层空洞、温室效应加剧和酸雨都与大气污染直接相关。常见大气污染物排放、污染物间的作用情况分别如表4-2、图4-5所示：表4-2地球上自然过程及人类活动的大气污染物的排放源及排放量

图4-6大气污染物的复杂相互作用图

2.3大气污染物的种类及其转化规律2.3.1大气污染物的种类2.3.2大气环境中主要污染物的迁移转化规律2.4人类活动对大气圈的影响2.4.1全球气候的异常现象与变化趋势2.4.2温室效应2.4.3全球气候变暖的影响2.4.4温室效应的防治对策2.4.5阳伞效应2.4.6南极臭氧洞2.4.7酸雨2.4.8热污染2.4.9大气圈氧平衡失调——潜在的危险表5-1世界各区域的主要环境问题注：本表引自GEO3,2003。全球环境状况

如果温室效应一旦消失，处于辐射平衡时地球表层气温只有-18

C，而现在实际平均温度为15

C。但若全球变暖不断加强，也必将给人类社会、经济、环境带来巨大冲击。

大气中某些物质具有允许太阳短波辐射通向地表，部分吸收地表长波辐射的特性，使其具有与温室中玻璃相类似的温室效应。5.1.1温室效应及全球变暖5.1

全球变暖

温室气体如CO2、CH4、N2O、O3、CFCs、SO2等。温室气体的源和汇。人类活动排放的越来越多的温室气体究竟如何使全球变暖，尚未完全搞清楚。图5-1近代人类活动对大气中CO2浓度的影响（引自IGBP,Science4,2001）

影响全球气温变化因子：外力驱动作用、温室效应、阳伞效应、下垫面变动。

在2001年公布的气候变化评估对未来100年气候变化进行了预测。结果表明，2100年地面气温将升高1.4～5.8℃（图5-2）,此增幅高达20世纪增幅的2～10倍。全球变暖将使降水量增加，但降水量分布变化很难确定；海平面上升将影响我国沿海地区。5.1.2未来全球变暖的可能情景图5-22000～2100年地面气温的变化趋势（引自IPCC，2001）

（1）全球变暖的可能影响海平面上升经济发达、人口密集的三角洲、海岸带和低地地区淹没损失。

气候带北移热带多雨地区将面临洪涝多发威胁，沿海城镇将遭受风暴频繁袭击。极地冻土带下的大量CH4将释放出来，加速全球增温。给许多病菌的繁殖、传播提供更为适宜的温床。

5.1.3全球变暖的可能影响及协调行动

世界经济损失据UNEP报告,如不对温室气体排放采取措施，今后50年内，每年所造成的全球经济损失最多可达3000亿美元。

对中国的可能影响引发自然灾害，破坏生态系统良性循环，损害生物多样性使中国农业生产的不稳定性增大（2）保护全球气候的协调行动

全球变暖的威胁是全人类共同面临的严峻挑战。要搞清温室气体相关问题，削减排放量，有赖于广泛的国际合作。

重要决议《联合国气候变化框架公约》《京都议定书》

5.2.1臭氧层存在的重要意义

O3能吸收太阳紫外辐射中全部UV-C射线及约90％UV-B射线；臭氧层是保护地球生命免受高能辐射损害的天然屏障

。对太阳辐射能的吸收，直接影响平流层温度场的结构和动力学过程，并对全球气候和生命形成演化有深远影响。

2000年9月，南极臭氧洞面积达2.85×107km2，相当美国国土3倍。北极上空具备臭氧层耗竭条件，只是尚未形成洞。将北极臭氧层损耗称为空坑。(见图5-3）5.2

臭氧层耗竭

图5-3北半球大气臭氧总量的逐年递减趋势（引自WMO，1999）

（1）大气臭氧层的形成

基于臭氧层形成需足够太阳辐射能和适宜的O2浓度，故只能形成在20～25km高度。（2）大气臭氧层的耗竭

大气臭氧层耗损和异常变化理论：化学理论、太阳活动理论、动力学理论、奇氮理论等，最主要的是化学理论。5.2.2大气臭氧层的形成及破坏

臭氧层破坏会使吸收的紫外辐射大大减少，到达地表强度增加，给人类健康和生态环境带来严重危害。紫外辐射增强可能导致的后果有以下几方面：

威胁生态系统的安全损害人体健康

破坏水生生态系统

危害人类生存环境

影响全球及区域气候变化

其它负面影响

5.2.3臭氧层耗竭的潜在威胁绿色卡片：保护大气臭氧层的行动

人为排出废气约一周能在经向，几个月可在纬向上散布全球，故解决臭氧层耗竭问题必须依靠国际合作。世界保护臭氧层行动中最重要的有：

1987年通过的旨在控制ODS(臭氧层损耗物质)的《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》以及1990年通过的《修正案》迄今缔约国有165个。

《修正案》规定5类、20种ODS为受控物质，并列出34种HCFC类物质为过渡性物质。

SOX和NOX

经一系列大气化学转化和物理输送过程后，所产生的酸性化合物随雨、雪降落到地面，即成酸雨。

5.3.1酸雨污染的态势大气中CO2（325×10-3mL/L）与降水中CO2成气液平衡时，pH值为5.65，小于此值的降水为酸雨。人类活动排放酸雨前驱物SO2和NOx逐年增加，全球大气降水本底值实际为pH4.8～5.0。

5.32酸雨的形成

（1）酸性物质来源:

自然源和人为源

5.3酸雨危害加剧（2）SO2在大气中的化学转化：均相氧化和多相反应对SO2转化具重要意义的多相反应机理：水滴中过渡金属的催化氧化

SO2被碳粒和其他固态颗粒物吸附发生表面催化氧化

SO2在液相中被由NOx和HCs光氧化作用生成的O3和

H2O2所氧化（3）NOx在大气中的化学转化

NOx在不同氧化阶段经复杂转化，最后生成硝酸盐。反应速率取决于浓度，一般非常缓慢；但太阳照射下的污染大气中，反应可在几秒钟内完成。

对陆生生态系统的影响：

对水生生态系统的影响：酸化水体危害鱼卵正常孵化和健康生长，破坏水生生物的食物网结构，威胁鱼类生存。由于酸雨对金属材料具有腐蚀作用，因而对桥梁、露天机械、建筑等破坏较明显。

使大片森林死亡、农作物枯萎，抑制土壤有机物分解和N固定，淋洗与土壤粒子结合的Ca、Mg、K等营养元素，使土壤贫瘠化。（见图5-4）图5-4森林受酸雨破坏后的衰败景象（引自Planetunderstress，1990）5.33酸雨的危害

5.4.1森林与湿地萎缩

1990～2000年，全世界森林自然增长及人工种植面积每年仅为5.2×104km2，森林砍伐面积却高达14.6×104km2，平均每年净减少9.4×104km2。

在20世纪一百年间，全球热带森林面积减少近1/5。目前世界湿地约比20世纪初减少一半，丧失最主要原因是农业开发。世界各地草原大多都有不同程度退化。5.4全球生态系统退化

森林、湿地面积锐减和草原退化使生物栖息地改变或丧失，导致生物多样性减少。在过去的4个世纪中，人类活动已使全球700多个物种绝迹，其中1/3是19世纪前消失，l/3是19世纪灭绝，另1/3是近50年来灭绝，明显呈加速灭绝之势。

5.4.2生物多样性减少

人口和经济增长，水质恶化、水资源紧缺矛盾日益尖锐。近年来，世界每15年淡水消耗量增长一倍，当前全球约有占陆地面积63％的43个国家地区20亿人口面临缺水。淡水资源污染使水资源短缺愈演愈烈。据联合国统计，世界河流稳定流量约40％已受污染。固体废物与危险废物堆放场、地下排污管道泄漏、地下油库、农业径流、各类矿场、工业和生活废水，都可造成地下水污染。5.4.3淡水资源匮乏

土地退化：土地荒漠化、土地盐碱化、土壤污染。据联合国粮农组织估计，每年约有1000km2的土地变成沙漠。目前，地球沙漠及荒漠化面积占总土地面积的35％，威胁到全球100多个国家和地区、世界15％人口的生存发展。土地荒漠化破坏地表辐射平衡和地-气系统水热平衡，引起气候与环境变化；反过来又加速荒漠化。土地退化导致耕地面积锐减，如不遏制，粮食安全必将遭受严重冲击。

5.4.4土地退化及荒漠化

5.5.1环境安全的概念

概念：与人类生存发展活动相关的生态环境及自然资源处于良好状况或未遭受不可恢复的破坏。

环境安全含义：生产、生活、技术层面的环境安全：因环境污染和破坏所引起的有害于人群健康的影响；社会、政治、国际层面的环境安全：因环境污染和生态破坏所引起的有害于国际和平、国家利益、社会安定的影响。

5.5环境安全及国际合作

（1）生物安全

定义：生物生长发育及环境协调一致的动态安全过程，是指在基因、细胞、个体、种群与群落水平上皆处于不受威胁的良好状态。

1.

生物入侵

定义：外来物种给当地生物和环境造成危害，对生态系统平衡、人类社会发展都可能带来威胁。表现如下：外来生物使本土物种数量减少乃至灭绝，外来病原体及微生物的传播和流行危及人群健康。5.5.2环境安全的主要内容

转基因生物：经人类改造或修饰的生物体，以特殊生命形式介入自然界后，可能造成另一类型的生物入侵。（2）食物安全

蔬菜、粮食中残留的超标的化肥、农药；向饲料中非法添加的激素和生长促进剂；受POPs和重金属污染物污染水产品；都可引发食品安全事故。2.转基因生物安全

全球广为分布的地方病是发生在特定地区、与地理环境有密切关系的疾病，如地方性甲状腺肿。地方病按致病因素分为：

地球化学性地方病——人体从环境中摄入的元素量若超出或低于一定阈值，便可能出现化学性地方病。如地方性氟中毒、缺碘（富碘）性甲状腺肿；

生物性地方病——因某种致病生物或某种媒介生物滋生繁殖引发，特点是致病因子均为生物体，如血吸虫病主要由于中间宿主钉螺引起。（3）健康安全

随着人口增加、经济增长和生态环境恶化，环境资源已成各国、各地区争夺对象。水资源是基础性自然资源和战略性经济资源，水资源安全属于资源和经济安全。全球有261条河流、176块重要湿地跨国界。其中，可能因缺水而导致国际冲突的10个地区中，有5个在严重缺水的中东。水资源安全包括：粮食安全的最低用水；基本生活用水；生态用水。(4)资源安全

环境退化会造成粮食减产甚至绝收，引起暴力冲突，危及国家稳定。阿富汗等国国内动荡冲突都与环境恶化和食物短缺有关。我国人口-耕地矛盾突出，导致大量农村过剩人口转向城市。城市不能充分就业，将不利于社会稳定。因环境恶化造成的环境难民是环境灾害转移的表现形式。1984～1985年，非洲有1000万难民逃离萨赫勒地区的家园，20世纪80年代以来，全球环境难民高达5亿人。造成大规模难民根本原因：环境破坏、自然资源匮乏、耕地减少、生存条件恶化等。绿色卡片：环境退化与环境难民

危险废物指在操作、储存、运输、处理和处置不当时，对人体健康或环境带来重大威胁的废物。

据估计，全世界每年的危险废物产生量为3.3亿吨。

在20世纪80年代，经济合作与发展组织（OECD）国家所产生的危险废物至少有1/10是越境转移处置的。

查处越境洋垃圾全世界7成洋垃圾流入我国

（5）危险废物的越境转移20世纪末期以来，环境安全问题日益突出，最大特征是跨国、跨地区，并对各国的社会、经济稳定造成很大危害。为此，必须建立有效国际合作机制,制定正确的环境安全政策和规划，将环境安全工作法定化、制度化。5.5.3环境安全的国际合作

咸海的历史变迁及其环境影响

咸海曾是世界第四大湖，面积66000km2,水量1000km3,目前却面临极严重环境灾害。

20世纪60年代，原苏联规划者将中亚指定为棉花供应地后，90％的水用于农业灌溉，咸海面积缩减一半，（见图5-5）储水量减少3/4，水中矿物质增长4倍，大部分海洋鱼类和野生生物不能生存。过去15年肝病者、尤其是癌症患者增长30倍。为此，五个中亚国家建立了水资源委员会、咸海国际基金和咸海问题委员会。现在水资源减退速度稳定在110～120km3/a，但环境退化仍在继续。5.6案例研究图5-5咸海面积变化（UNEP,Topham；引自：全球环境展望3，2002）问