温室效应—简介new.ppt

1、温室效应人类面临的严重挑战,我们的地球,地球已有45亿年的历史。 在其形成初期，地球被氢气层包裹着， 随后氢气消散，气层充满氦气和二氧化碳 等气体，非常类似于今天观测到的金星大 气和火星大气。,我们的地球,大约38亿年前，藻类及以后进化出现的 各种植物，通过光合作用，逐渐改变了大 气成分，使大气中的二氧化碳气体降低到 目的浓度，约占大气总含量的0.03左右， 而氧气则增加到20左右。地球环境才逐 渐变得适合生命的产生和生存。,我们的地球,大约50亿年前，当金星逃离太阳的时候，它与 地球的大小和组成基本相同。 今天，地球是一个蓝色的海洋世界，并具有富 含氧气的大气层和丰富的生命物资，而金星却是

2、一个无生命的世界，十分干燥 的岩石被浓密的酸雨云笼罩着， 表面热得足以将铅融化。这是 由于金星被二氧化碳所笼罩。,我们的地球,最近几十年来，地球日益变暖。 地球为什么会变暖？ 这是由于人类大量使用能源而 放出的热量使地球变暖的吗？,我们的地球,人类一年使用的全部能源 80亿t 石油 331016 kJ 如果把这些热量全部用于加热海洋，仅仅 可以使海水温度上升610-5，即加热一 万年，海水温度也只上升到1。,温室效应,人类使用能源一天所放出的热量 0.1 1016kJ； 地球一天从太阳获得的热量 1500 1016kJ.,温室效应,太阳射向地球的光约1/3被云层、冰粒和空气分子反射回去； 约2

3、5穿过大气层时暂时被大气吸收起到增温作用，但以后又返回到太空； 其余的大约37则被地球表面吸收。这些被吸收的太阳辐射能大部分在晚间又重新发射到天空。,温室效应,如果这部分热量遇 到了阻碍，不能全部 被反射出去，地球表 面的温度就会增加。,气体对包括太阳的各种热辐射的特性,单原子气体和空气、氢气、氧气、氮气等分子结构对称的双原子气体实际上并无发射和吸收辐射能的能力。它们可以看作是热辐射的透明体。 二氧化碳、水蒸汽、二氧化硫、甲烷、氟利昂（制冷剂）等三原子和多原子气体则有相当的辐射和吸收能力。,气体对包括太阳的各种热辐射的特性,上述气体的辐射和吸收 具有明显的选择性，即它 们对某些波长段有吸收和

4、辐射能力，对该波长段以 外的则不吸收。 （见图1某些气体的吸收波段）,图1 某些气体的吸收波段,气体对包括太阳的各种热辐射的特性,太阳表面温度约为5800K，辐射的最强 波段为可见光部分，地球表面温度为288K， 地表辐射波段为红外部分。 从太阳发射出来的可见光 （短波辐射）被地球吸收 并变成低温后，向宇宙空 间发射的是长波的红外线。,气体对包括太阳的各种热辐射的特性,CO2不吸收短波，只吸收长波，于是， 地球表面吸收的太阳辐射就散不出去，从 而使地表温度升高，地球变暖。 象CO2这类会使地球变暖的气体就称为温 室气体（包括水蒸汽、SO2、甲烷、氟利 昂等）。,图2 温室效应,结论,大气层中存

5、在的CO2等 温室气体对辐射的选择 性和吸收特性是产生温 室效应的主要原因。,全球气候变化,工业化时代开始以 来，仅仅约200年的 时间，人类的活动 已使上层大气发生 变化。,全球气候变化,20世纪要比19世纪的温度平均高1。 温度升高1，就必然会加热大量的海水和空气。 从最近一次冰河期到现在，经过18000年地球 才升高9（5），大约每千年平均升高半度。 地球过去升温最快的时候也只是每千年3.6 （2 ）。,全球气候变化,但近代，仅在一个世纪里就升高1， 实际上是加快了升温的速度，比平均数 快了20倍。,全球气候变化,地球变暖实际上是一 种典型的全球性问题。 全球变暖既可能带来 对人类有利的

6、影响， 也可能带来不利的后果。,全球气候变化,目前，人们还无法定量地确定出全球变暖 的前景及其影响，但地球气候变暖带来的 南、北极冰山融化，海平面升高，全世界 最发达的沿海陆地的淹没所造成的灾害性 的后果，将是无可置疑的。此外海平面升 高还会使盐水向河流倒灌，侵蚀河流使土 地盐碱化。,图3 19611993年全球陆地 表面温度和海表面温度 合成平均的逐年变化 图4 一百年间的海平面水位 变化 图5 海平面上升可能受到影 响的地域,全球气候变化,全球CO2浓度变化及全球气候变化的 预测是一个很复杂的问题，是全世界 各国科学家研究的重点课题。 （图6 全球气候变化的计算流程图）,预测结果,10年内

7、，全球表面平均气温将上升 0.3K（0.20.5K），海平面将上升 6cm（310cm）。 一旦CO2浓度增加到2倍，全球表面 平均气温将上升1.54.5。,全球的碳循环,碳循环,碳是一切有机物的最重要和最主要的成分之一。 地球上碳的主要赋存场所是大气、土壤、 生物体、海水、化石燃料（石油、天然气、煤等），CO2是上述各个碳库之间进行碳的输送和循环的主要形式。,碳循环,作为生物主体的耗氧生物，通过 呼吸作用将食物中的碳变成CO2 呼出体外，进入大气，而生物就 以这种方式获得生命活动所需的 能量。,碳循环,生物死亡后，体内的一部分碳被微生物分 解，仍以CO2的形式进入大气、土壤和海水， 另一部分

8、则保存下来，经过复杂的地质过 程变成化石燃料。化石燃料的一部分被人 类发掘利用，氧化、燃烧后生成CO2又进入 大气。 如此往复，形成全球的碳循环。 （图1 陆地生态系统碳循环过程）,碳循环,自然界每年的碳循环数量是相当可观的， 约占大气总碳量的1/4，其中的一半是与 陆地生物群落交换，另一半则通过物理 和化学过程穿过海洋表面。,碳循环,陆地和海洋含碳量远大于大气中的含碳 量，它们很小的变化就会对大气中CO2浓 度产生很大影响。 例如，存储于海洋中的碳只要释放2， 就将使大气中的CO2含量增加1倍。,碳循环,森林是地球上最大的陆地生态系统， 是全球碳循环的重要组成部分。 全球森林植被和土壤中储存

9、的碳，低 纬度森林占37，中纬度森林占14， 高纬度森林占49。 人类活动对陆地碳循环有很大的影响。,碳循环,海洋占地球表面积约71，是一个巨大 的碳存储库，每年有2030亿t碳以CO2 的形式进入海洋。 （图2 地球上的碳交换量（亿t/a） （图3 人类活动造成的碳流向（亿t）,能源利用和CO2排放,能源利用和CO2排放,化石燃料的燃烧（约占CO2排放总量70） 和地球植被的破坏是CO2浓度增加的主要原 因，能源工业同时也是甲烷气体的一个重 要的产生源（约占总量的20）。,能源利用和CO2排放,与化石燃料相关的产业 （包括原煤开采、石油和 天然气及输气管道系统在 传输时的泄漏）是温室气 体增

10、加的重要原因。,能源利用和CO2排放,据统计，现在全球每年因燃煤而产生的CO2就高达60亿t。 因此，能源产业成为减少 温室气体排放行动的焦点。,图1 各类化石燃料所排放的CO2,图1 各类化石燃料所排放的CO2,表1 1995年各国的CO2排放统计,结论,能源利用中排放的CO2 是造成温室效应的主要 原因，提高能源利用率 是减少CO2排放的主要 途径之一。,解决温室效应的对策,解决温室效应的对策,世界自然资源保护大纲开宗明意地指 出：“地球是宇宙中唯一已知可以维持生命 地星球。人类寻求经济发展及享用自然界 丰富地资源，必须符合与资源有限的事实 及生态系统的支持能力，还必须考虑到子 孙后代的需

11、要。”解决全球气候问题是全世 界面临地挑战。,国际活动,联合国气候变化框架公约会议（图1） 朱总理宣布中国核准“京都议定书”（图2）,图1 联合国气候变化框架公约会议,图2 朱总理宣布中国核准“京都议定书”,为减缓全球气候变化的国际活动,1972年在斯德哥尔摩召开了联合国人类环境会议 1976年召开了“全球水大会” 1977年召开了“全球沙漠化大会” 1979年召开了第一届“世界气候大会”,减少CO2排放的主要措施,提高能源利用率 发展可再生能源 CO2的资源化 烟气中CO2的回收和储存 陆地植被固碳 利用海洋控制CO2,提高能源利用率,提高一次能源的转换效率， 即可减少化石燃料的使用， 从而

12、降低CO2的排放。 （图3 不同发电装置的 CO2排放比较）,图3 不同发电装置的CO2排放比较,节约能源,节约能源就是提高终端的使用 效率。如果全美国全部白炽灯 都换成荧光灯，节约的能量相 当于40座发电厂，每年减少燃 料费用100亿元。,CO2市场概况,1993年，美国CO2的消 费量为5.6Mt，主要用于 食品冷藏和储存，其次是 饮食业，年增长率为 34，1995年 增长率为5。,CO2市场概况,在CO2的消费方面，西欧是美国的1/3， 日本是美国的1/15。东欧为100万t，远 东为50万t，发展中国家为50万t。美国 CO2的年生产量仅为排放量的0.09。,CO2的资源化,目前全球每

13、年商品CO2的量为800万t， 占每年CO2总消耗量的20。 商品CO2是指以过冷液体用槽车装运销 售的CO2，钢瓶装或用作干冰的CO2。不包 括所谓的自销CO2，这种CO2是自生产的， 且在化学产品的生产，特别是尿素的生产 中再次用作原材料。,CO2的资源化,除直接利用外还可将 CO2资源化，即通过各 种方法将CO2转换成非 CO2本身的有用有机物 质。,烟气中CO2的回收和储存,烟气中CO2含量低，回收成本高。 新发展起来的富氧和纯氧燃烧技术可以 使CO2成为烟气中的主要成份，从而便于 CO2的回收、利用和储存。 （图7 O2/CO2燃烧系统、图8 CO2的海底储存）,图7 O2/CO2燃

14、烧系统,图8 CO2的海底储存,陆地植被固碳,生态系统是在一定时间内，在生物体（植物、 动物和微生物）和非生物体（环境中影响生物 的所有物质和能量）之间，通过不断的物质循 环和能量循环而相互作用、相互依存的整体。,生态系统,地球上有无数大大小小的生态系统，大 到整个海洋、整块大陆以至整个地球，小 到一片森林、一块草地或一个池塘，都可 以看成是生态系统。,生态系统,生态系统一般由四个基本部分组成，即 非生物的物质和能量、生产主体、消费主 体和分解体。,生态系统,非生物的物质和能量主要表现为水、空气、土 壤和阳光，其中阳光是生物能量的来源； 生产主体是生态系统中最积极的部分，指那些 可以利用太阳光

15、能制造有机物质的生物，在陆地 上主要是绿色植物，在海洋中主要是浮游生物；,生态系统,消费体通常指各种动物； 分解者是一些细菌、真菌等，分解有机 物质（主要是死亡的动植物），使之还原 成无机物质，返回到自然环境中。,陆地植物和光合作用,光合作用就是在阳光下植物用无机原料合 成有机化合物的过程。绿色植物在进行光 合作用时，能吸收CO2，释放出氧，对大气 中氧气和CO2的平衡起着极为重要的作用。 即,陆地植物和光合作用,树木能够吸入CO2并把它储存下来，它们 就成了碳的天然储存库。 从这方面说，森林时使空气中碳含量保 持稳定的一种珍贵财富。 （图9 吸收碳的能力比较【单位：t/（英a）】） （表3 生态系统的碳保持量、一次生长速度和时定数）,利用海洋控制CO2,海水中的CO2化学过程 和迁移行为很复杂， CO2在海洋中的垂直分 布变