環(huán)境化學(xué)大氣部分

酸雨過多的腐蝕，使泰姬陵日益變黃。難怪文物界人士多少年來一直抱怨說，泰姬陵在哭泣。泰姬陵在哭泣……

重慶的厄運(yùn)

在酸雨的侵蝕下，重慶嘉陵江大橋的鋼梁必須每年除銹和油漆一次，每次花費(fèi)幾十萬元；重慶城區(qū)的電線更換線材時(shí)間縮短；重慶電視塔建成后僅三年就生銹，九年內(nèi)已兩次維修?！吨貞c日?qǐng)?bào)》1993-11-01三、酸性降水：酸沉降(aciddeposition)濕沉降（酸性降水）干沉降酸雨:“空中死神”“天堂的眼淚”“偷越國界的污染”世界三大酸雨地區(qū)：西歐、北美、東北亞我國南方特別是西南酸雨普遍，重慶地區(qū)甚至出現(xiàn)了pH=3的低值。

第四節(jié)大氣圈中的主要環(huán)境問題

根據(jù)CO2在全球大氣濃度330mL/m3與純水的平衡，可以求得降水的pH背景值。1、降水的pHCO2(g)+H2OH2CO3HCO3-+H

H2CO3HCO3-+CO3

-H2-KHK1K2

第四節(jié)大氣圈中的主要環(huán)境問題電中性原理：

解方程，得pH=5.6。

第四節(jié)大氣圈中的主要環(huán)境問題

2、降水pH的背景值1、pH<5.6未必有人為污染:實(shí)際大氣除CO2外還存在著各種酸、堿性氣態(tài)和氣溶膠物質(zhì)。2、pH>5.6的降水也未必沒受到酸性物質(zhì)的人為干擾：堿性物質(zhì)的存在，雨水有一定的緩沖容量。

因此,pH5.6不是一個(gè)判別降水是否受到酸化和人為污染的合理界限。于是有人提出了背景值問題。兩點(diǎn)異議:

第四節(jié)大氣圈中的主要環(huán)境問題

2、降水pH的背景值

從1979開始，美國著手于全球降水化學(xué)研究計(jì)劃（GPCP），致力于全球背景點(diǎn)降水組成的測定。

第四節(jié)大氣圈中的主要環(huán)境問題

2、降水pH的背景值

因此,如果pH<5.0，就可以確信人為影響的存在，所以認(rèn)為5.0作為酸雨的pH值的界限更合適。20世紀(jì)90年代，在麗江陸地背景站測量并確定降水pH的背景值約為5.0。

第四節(jié)大氣圈中的主要環(huán)境問題3、降水的化學(xué)組成

第四節(jié)大氣圈中的主要環(huán)境問題3、降水的化學(xué)組成

第四節(jié)大氣圈中的主要環(huán)境問題SO42-30.9%NO3-5.0%Cl-7.3%F-2.6%H+4.6%NH4+17.2%Ca2+20.4%Mg2+3.9%Na+5.4%K+2.7%

第四節(jié)大氣圈中的主要環(huán)境問題4、酸雨的化學(xué)組成

第四節(jié)大氣圈中的主要環(huán)境問題

研究酸雨必須進(jìn)行雨水樣品的化學(xué)分析，通常測定化學(xué)組分有如下幾種離子：我國酸雨中關(guān)鍵性離子：SO42-、NO3-、Ca2+、NH4+陰離子：SO42-、NO3-、HCO3-、Cl-

陽離子：H+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+、Na+

降水的酸度是酸和堿平衡的結(jié)果。

第四節(jié)大氣圈中的主要環(huán)境問題SO42-和NO3-

對(duì)酸雨的貢獻(xiàn)

國外的酸雨為H2SO4—HNO3型（2：1）燃煤和汽車尾氣引起。

中國的酸雨屬于H2SO4型—燃煤引起。SO4

2-含量約為NO3–的幾倍到幾十倍。4、酸雨的化學(xué)組成

第四節(jié)大氣圈中的主要環(huán)境問題國內(nèi)外部分地區(qū)降水中SO42-和NO3-的比值中國外國地點(diǎn)SO42-/NO3-pH地點(diǎn)SO42-/NO3-pH北京城（1981）天津城（1981）上海市（1981）重慶銅元（1982）貴州環(huán)保（1982）廈門市（1982）杭州市（1983）5.410.99.810.920.527.910.46.806.266.394.144.255.954.40瑞典（70年代）美國新罕布爾1974）挪威南部內(nèi)陸1972挪威南部沿海1974日本干代田1974東京調(diào)布（1974）日本浦和（1974）2.32.22.03.03.82.71.24.283.944.324.154.404.303.22

第四節(jié)大氣圈中的主要環(huán)境問題

地點(diǎn)∑（Ca2++NH4++K+）∑（SO42-+NO3-）

非酸雨①酸雨②非酸雨（瑞典）酸雨（瑞典）

419.6209.68.744.39

335.2329.53.323.26表2-25降水中離子濃度比較（μmol/L)

比較酸雨區(qū)與非酸雨區(qū)數(shù)據(jù)，可見陰離子濃度相差不大，而陽離子濃度相差較大。注：本表摘自王曉蓉，1993。①北京和天津市區(qū)數(shù)據(jù)平均值。②重慶銅元局和貴陽噴水池?cái)?shù)據(jù)平均值。

第四節(jié)大氣圈中的主要環(huán)境問題5、影響酸雨形成的因素（1）酸性污染物的排放及其轉(zhuǎn)化條件：西南煤中含S高，且很少脫S處理； 氣溫高，濕度大。（2）大氣中的氨：大氣中氨含量北高南低。

第四節(jié)大氣圈中的主要環(huán)境問題貴陽圖2-22北京、成都、重慶、貴陽城區(qū)總顆粒物緩沖曲線加入H+(μmol/L)北京成都重慶消耗H+(μmol/L)864200246810

(3)顆粒物酸度及緩沖能力：(4)天氣形勢影響：重慶市煤耗量為北京的1/3，但每年SO2排放量為北京的2倍。而且重慶和貴陽的氣象條件和多山的地形不利于污染物的擴(kuò)散，所以成為強(qiáng)酸性降雨區(qū)。

第四節(jié)大氣圈中的主要環(huán)境問題6、酸雨的危害（1）河流、湖泊酸化，危害漁業(yè)（水體

pH<4.8時(shí)魚類就消失)。（2）土壤酸化，損害農(nóng)作物和林木生長。（3）腐蝕建筑物、設(shè)備、文化古跡等。（4）影響人類健康。（5）影響地球氣候。

第四節(jié)大氣圈中的主要環(huán)境問題AcidrainhasscarredthepineforestatClingman’sDoveintheSmokyMountain7、酸雨的防治（1）制定大氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)排放控制。（2）調(diào)整能源結(jié)構(gòu)。（3）開發(fā)利用煤炭新技術(shù)。（4）加強(qiáng)監(jiān)測和研究，掌握排放和遷移狀況。（5）改進(jìn)技術(shù)，提高能源利用率。

第四節(jié)大氣圈中的主要環(huán)境問題某次雨水的分析數(shù)據(jù)如下：[NH4+]=2.0×10-6mol/L,[Cl-]=6.0×10-6mol/L；

[Na+]=3.0×10-6mol/L,[NO3-]=2.3×10-5mol/L；[SO42-]=2.8×10-5mol/L,則此次雨水的pH值大約為：A.3

B.4

C.5

D.6

根據(jù)數(shù)據(jù)，可看出陽離子所帶電荷總量小于陰離子所帶電荷總量，根據(jù)電荷守恒，應(yīng)還有一種陽離子，為H+，其濃度為：

[H+]=[Cl-]+[NO3-]+2·[SO42-]–[NH4+]–[Na+]

=6.0×10-6mol/L+2.3×10-5mol/L+2×2.8×10-5mol/L-2.0×10-6mol/L-3.0×10-6mol/L=8×10-5mol/L

則此時(shí)雨水的pH=-lg(8×10-5)=5-lg8=5-0.9≈4

第四節(jié)大氣圈中的主要環(huán)境問題TheglobalairtemperatureattheEarth'ssurfacehasincreasedabout0.5oCduringthepastcentury.

第四節(jié)大氣圈中的主要環(huán)境問題..........4%地球表面反射47%17%6%9%15%9%24%24%52%48%100%10%25%云吸收浮塵被臭氧、水蒸氣、碳酸氣等吸收散射圖2-24.太陽輻射通過大氣到達(dá)和離開地球的情況反射地球外部太陽輻射（包括紫外、可見光、紅外）（1）地球熱平衡：四、溫室氣體和溫室效應(yīng)

第四節(jié)大氣圈中的主要環(huán)境問題地球的輻射平衡：

第四節(jié)大氣圈中的主要環(huán)境問題圖2-26MaunsLoa島本底站測定的大氣中CO2的濃度變化(唐孝炎，1990)196019651970197519801985年340330320310CO2(mL/m3)

第四節(jié)大氣圈中的主要環(huán)境問題Whenconcentrationsofgreenhousegasesincrease,moreinfraredradiationisreturnedtowardtheearthandthesurfacetemperaturerises.

十、溫室氣體和溫室效應(yīng)naturalgreenhouseeffectenhancedgreenhouseeffect

第四節(jié)大氣圈中的主要環(huán)境問題

判斷一種物質(zhì)是否大氣中重要的溫室氣體，主要從三個(gè)方面考慮：1、該氣體有寬的紅外吸收帶，在大氣中濃度高，顯著吸收紅外輻射；2、該氣體若在7~13μm的大氣輻射窗口有吸收，對(duì)溫室效應(yīng)的增強(qiáng)最有效；3、大氣壽命長。

第四節(jié)大氣圈中的主要環(huán)境問題

第四節(jié)大氣圈中的主要環(huán)境問題CFC-11andCFC-12areeffectiveinfraredabsorberTheabsorptionspectraofCFC-11andCFC-12coincideswiththeatmosphericwindow氣體大氣中濃度（μL/m3）年平均增長率（%）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大氣中具有溫室效應(yīng)的氣體

第四節(jié)大氣圈中的主要環(huán)境問題

氣體CO2CH4CFC-11CFC-12N2OConcentration

（ppm）280-3700.8-1.740-0.2680-0.000480.288-0.314Atmosphericlifetime(yr)50-1001045130114PermoleculeofradiativeforcingrelativetoCO21234,00015,800296主要溫室氣體特征：

第四節(jié)大氣圈中的主要環(huán)境問題喜馬拉雅山脈的冰川加快了融化速度

到2100年，北極的夏季冰川可能消失殆盡。包括北極熊在內(nèi)的北極動(dòng)物將瀕臨滅絕。

太熱了，裸奔吧！溫室效應(yīng)的危害：1、全球氣候變暖；2、冰川熔化，海平面上升使部分陸地淹沒；3、土地沙漠化；4、厄爾尼諾現(xiàn)象等。聯(lián)合國氣候變化框架公約

第四節(jié)大氣圈中的主要環(huán)境問題五、臭氧層的形成與耗損臭氧主要存在于平流層（90%以上）

。

高度在15—35km范圍的低平流層，臭氧濃度最高，稱為“臭氧層”。臭氧層—地球生命的保護(hù)傘

30億年前，大氣中沒有臭氧層，生命只能存在海面10km以下。

第四節(jié)大氣圈中的主要環(huán)境問題

第四節(jié)大氣圈中的主要環(huán)境問題十一、臭氧層的形成與耗損

第四節(jié)大氣圈中的主要環(huán)境問題極度紫外區(qū)

第四節(jié)大氣圈中的主要環(huán)境問題1、臭氧層形成與耗損的化學(xué)反應(yīng)

形成：

O2+hν

O+O(a)O+O2+M

O3+M(b)

λ≤243nm總反應(yīng)：3O2+hν2O3消耗：光解，濃度穩(wěn)定。

第四節(jié)大氣圈中的主要環(huán)境問題2、O3層破壞的催化機(jī)制（1）NOx的主要催化反應(yīng)：

NO+O3→NO2+O2NO2+O→NO+O2總反應(yīng)：O+O3→2O2（2）HOx的主要催化循環(huán)反應(yīng)：

HO+O3→HO2+O2HO2+O→HO+O2總反應(yīng)：O3+O→2O2

第四節(jié)大氣圈中的主要環(huán)境問題（3）ClOx消除O3的催化循環(huán)反應(yīng)：3、南極的臭氧洞現(xiàn)象：“極地風(fēng)暴漩渦”“極地平流層云”

第四節(jié)大氣圈中的主要環(huán)境問題OctoberozoneholeoverAntarctic

第四節(jié)大氣圈中的主要環(huán)境問題

國際社會(huì)關(guān)于ODS（OzoneDepletingSubstances）減排的研究和決策一直十分活躍。1987年24個(gè)國家簽署了《蒙特利爾議定書》；1990年通過了《議定書》