第二章环境问题与环境污染 第一节人类面临的环境问题 环境问题是指由于自然或人类活动使环境质量发生变化,从而带来不利于人类生产、生活和 健康的结果,其重要特点就是从局部地区的环境污染向全球性环境问题发展。当前人类面临的环 境问题很多,很难区分哪些是最重要的。本章把主要的环境问题划分为全球(大气)环境问题, 生态环境问题及社会环境问题三部分分别进行介绍 、社会环境问题 20世纪以来,全世界发生了三种影响深远的变化:①社会生产力的极大提高和经济规模的 空前扩大,创造了前所未有的巨大财富;②全球人口爆炸性增长,一个世纪人口翻了两番:③随 之出现了生产和生活资料短缺、环境污染、以及生态系统破坏等一系列环境问题。这些变化加剧 了人类与自然界之间的矛盾,对人类自身的生存和社会经济持续发展构成新的障碍。其中,人口 剧增是矛盾的最主要方面 1.人口剧增 人口急剧増加是当今世界面临的首要环境问题。据统计,世界人口在1830年为10亿,1930 年为20亿,1960年为30亿,1975年为40亿,1987年7月11日为50亿,1999年10月12日 世界人口已达到60亿。从人类200多万年历程中人口达到10亿,到目前超过60多亿的短短170 年时间,每增加10亿人口的时间分别为100年、30年、15年和两个12年。目前世界人口仍以 每年8000万的速度增长,其中发展中国家速度更快,是发达国家的2倍以上 中国是世界上第一人口大国。20世纪初,我国的人口不足4亿,到50年代初为4.5亿,现 在人口己经超过13亿。我国在50年代初鼓励生育,到1974年人口增长到9亿,平均每5.3年 增加1亿。在实施计划生育的国策后,人口的增长速度明显减缓,平均每7年增加1亿,同期我 国的经济发展高速增长。可见,控制人口增长是经济持续发展的有效途径之 人口急剧增加导致人口与环境之间的严重失调,加剧了人类与自然界之间的矛盾 首先是人口增加导致人类对自然资源的需求急剧增大,加剧了资源供需矛盾。自然资源是人 类生存发展不可缺少的物质依托和条件,但是地球上的许多自然资源是有限的、不可再生的或需 要很长的更替时间,其承载能力受到一定的制约。随着全球人口的增长和经济的发展,全球资源 匮乏的危机与日俱增,如土地不断减少和退化、粮食短缺、森林减少、淡水严重不足、生物多样 性减少、以及某些矿产、能源濒临枯竭等。 以土地与粮食为例,由于世界粮食增长赶不上人口增长的速度,目前世界上有4亿多人的饮 食严重不足,在发展中国家,每年有1500万至2000万人直接死于营养不良,其中有3/4是儿 童。地球表面的陆地仅占1/4,但有一半的土地暂时还不能供人类利用,包括终年积雪、冻土、 沙漠、陡坡山地等,而依赖有限的土地资源生活的人却越来越多,1975年世界人均耕地0.31hm 目前下降到0.15hm2,减少了一半。20世纪70年代初平均1hm2地养活2.6人,目前需要养活
第二章 环境问题与环境污染 第一节 人类面临的环境问题 环境问题是指由于自然或人类活动使环境质量发生变化，从而带来不利于人类生产、生活和 健康的结果，其重要特点就是从局部地区的环境污染向全球性环境问题发展。当前人类面临的环 境问题很多，很难区分哪些是最重要的。本章把主要的环境问题划分为全球（大气）环境问题， 生态环境问题及社会环境问题三部分分别进行介绍。 一、社会环境问题 20 世纪以来，全世界发生了三种影响深远的变化：①社会生产力的极大提高和经济规模的 空前扩大，创造了前所未有的巨大财富；②全球人口爆炸性增长，一个世纪人口翻了两番；③随 之出现了生产和生活资料短缺、环境污染、以及生态系统破坏等一系列环境问题。这些变化加剧 了人类与自然界之间的矛盾，对人类自身的生存和社会经济持续发展构成新的障碍。其中，人口 剧增是矛盾的最主要方面。 1. 人口剧增 人口急剧增加是当今世界面临的首要环境问题。据统计，世界人口在 1830 年为 10 亿，1930 年为 20 亿，1960 年为 30 亿，1975 年为 40 亿，1987 年 7 月 11 日为 50 亿，1999 年 10 月 12 日， 世界人口已达到 60 亿。从人类 200 多万年历程中人口达到 10 亿，到目前超过 60 多亿的短短 170 年时间，每增加 10 亿人口的时间分别为 100 年、30 年、15 年和两个 12 年。目前世界人口仍以 每年 8000 万的速度增长，其中发展中国家速度更快，是发达国家的 2 倍以上。 中国是世界上第一人口大国。20 世纪初，我国的人口不足 4 亿，到 50 年代初为 4.5 亿，现 在人口已经超过 13 亿。我国在 50 年代初鼓励生育，到 1974 年人口增长到 9 亿，平均每 5.3 年 增加 1 亿。在实施计划生育的国策后，人口的增长速度明显减缓，平均每 7 年增加 1 亿，同期我 国的经济发展高速增长。可见，控制人口增长是经济持续发展的有效途径之一。 人口急剧增加导致人口与环境之间的严重失调，加剧了人类与自然界之间的矛盾。 首先是人口增加导致人类对自然资源的需求急剧增大，加剧了资源供需矛盾。自然资源是人 类生存发展不可缺少的物质依托和条件，但是地球上的许多自然资源是有限的、不可再生的或需 要很长的更替时间，其承载能力受到一定的制约。随着全球人口的增长和经济的发展，全球资源 匮乏的危机与日俱增，如土地不断减少和退化、粮食短缺、森林减少、淡水严重不足、生物多样 性减少、以及某些矿产、能源濒临枯竭等。 以土地与粮食为例，由于世界粮食增长赶不上人口增长的速度，目前世界上有 4 亿多人的饮 食严重不足，在发展中国家，每年有 1500 万至 2000 万人直接死于营养不良，其中有 3／4 是儿 童。地球表面的陆地仅占 1／4，但有一半的土地暂时还不能供人类利用，包括终年积雪、冻土、 沙漠、陡坡山地等，而依赖有限的土地资源生活的人却越来越多，1975 年世界人均耕地 0.31hm2， 目前下降到 0.15 hm2，减少了一半。20 世纪 70 年代初平均 1 hm2 地养活 2.6 人，目前需要养活
4个人。随着人口的增长和经济发展占地的不断增加,还将使耕地面积不断缩小。 其次,人口增加导致人类活动以及对资源的利用的增加,尤其是化石能源的利用急剧增 加重了环境污染和生态破坏。随着人口的增加,人类的活动范围和生产规模不断扩大,使得生产 和消费活动中不可避免的有害废弃物的排放量急剧增加,从而加重了环境污染,直至破坏整个生 态系统的平衡。环境污染主要包括大气污染,如全球气候变暖、酸雨沉降、臭氧层破坏,水体和 土壤的污染,固体废物的污染,以及噪声、辐射、光污染等。生态环境破坏主要有生物多样性减 少,森林和草原植被破坏,土地退化、水土流失和荒漠化,海洋生态问题等 2.城市化 城市化由人类利用和改造环境而创造出来的高度人工化的生存环境,是人类发展、变革的重 要过程和一个国家经济和文化发展的结果。古代城市环境的主要问题是由于过度的开发和掠夺性 经营土地,使得整个区域生态环境的恶化,许多城市因此被遗弃,最终消亡,如古代三大文明之 的巴比伦古城,我国古代西北地区一些城市等。尤其自18世纪工业革命后,开创了以煤和石 油为主要能源的时期,出现了严重的公害问题,直接影响并威胁到城市人们的生活质量和生命安 全。城市化引起的环境问题有大气、水体、垃圾和噪声污染严重,绿地缺乏,城市热辐射和光辐 射,能源和资源不足,生物种类极为贫乏,生态环境质量下降等,主要反映在生物环境、水环境、 以及大气环境三个方面 1)城市化对生物环境的影响。城市化严重地破坏了生物环境,使生产者有机体与消费者 有机体的结构比例失调,失去了自然生物环境的调节功能。许多城市除了遍地的水泥建筑、沥青 路面、以及拥挤不堪的人群,其他的生命体,如野生动物种群、飞禽走兽、以及大面积的植被几 乎完全消失。它使生态系统遭到破坏,影响了碳、氧、氮等物质正常循环 (2)城市化对水环境的影响。城市化影响地表水径流流量,使得地下水源枯竭,导致水质 恶化,破坏自然界的正常水循环。城市化增加了房屋和道路等不透水面积和排水工程,一方面减 少雨水的渗透,地下水得不到地表水足够的补充;同时城市化将增加耗水量,往往导致水源枯竭、 地下水面下降和地面下沉。另一方面,增加了地表水的总径流流量,特别是暴雨季节排水工程, 会增加地表径流的峰值流量,使得河流洪峰流量増加。另外,随着城市化的进程,城市废水对河 流、湖泊等水体的污染日益加重。生活污水中的病原菌污染水源,导致传染病流行(如1848 1854年,伦敦先后两次霍乱大流行):工业废水比重不断增加,排出的污染物质和毒物也随之 增多,最终使得水质恶化,水生生物灭绝,生态平衡被破坏。 (3)城市化对大气环境的影响。城市化改变了大气的热量分布,影响自然地面的组成和性 质,并向大气排放大量的颗粒污染物和有害气体。城市人口稠密、工业集中、交通繁忙,这种格 局消耗大量能源,释放岀大量热能。此外,燃料燃烧排放温室气体CO,加上城市建筑材料的热 容量大,白天吸收的热量夜间难以完全释放,使得城市成为一个大热源。其次,城市化大量排放 各种气体和颗粒污染物,如烟尘、硫氧化物、氮氧化物、碳氧化物、碳氢化合物等,这些有害气 体改变了城市大气环境的组成,造成对大气的严重污染 盲目的城市化过程还会造成振动、噪声、微波污染,交通紊乱、住房拥挤、供应紧张等一 系列威胁人民健康和生命安全的环境问题 依照自然规律和随着社会的不断进步,人口增长和城市化是不可避免的必然趋势,但人口
4 个人。随着人口的增长和经济发展占地的不断增加，还将使耕地面积不断缩小。 其次，人口增加导致人类活动以及对资源的利用的增加，尤其是化石能源的利用急剧增加， 加重了环境污染和生态破坏。随着人口的增加，人类的活动范围和生产规模不断扩大，使得生产 和消费活动中不可避免的有害废弃物的排放量急剧增加，从而加重了环境污染，直至破坏整个生 态系统的平衡。环境污染主要包括大气污染，如全球气候变暖、酸雨沉降、臭氧层破坏，水体和 土壤的污染，固体废物的污染，以及噪声、辐射、光污染等。生态环境破坏主要有生物多样性减 少，森林和草原植被破坏，土地退化、水土流失和荒漠化，海洋生态问题等。 2. 城 市化 城市化由人类利用和改造环境而创造出来的高度人工化的生存环境，是人类发展、变革的重 要过程和一个国家经济和文化发展的结果。古代城市环境的主要问题是由于过度的开发和掠夺性 经营土地，使得整个区域生态环境的恶化，许多城市因此被遗弃，最终消亡，如古代三大文明之 一的巴比伦古城，我国古代西北地区一些城市等。尤其自 18 世纪工业革命后，开创了以煤和石 油为主要能源的时期，出现了严重的公害问题，直接影响并威胁到城市人们的生活质量和生命安 全。城市化引起的环境问题有大气、水体、垃圾和噪声污染严重，绿地缺乏，城市热辐射和光辐 射，能源和资源不足，生物种类极为贫乏，生态环境质量下降等，主要反映在生物环境、水环境、 以及大气环境三个方面： （1）城市化对生物环境的影响。城市化严重地破坏了生物环境，使生产者有机体与消费者 有机体的结构比例失调，失去了自然生物环境的调节功能。许多城市除了遍地的水泥建筑、沥青 路面、以及拥挤不堪的人群，其他的生命体，如野生动物种群、飞禽走兽、以及大面积的植被几 乎完全消失。它使生态系统遭到破坏，影响了碳、氧、氮等物质正常循环。 （2）城市化对水环境的影响。城市化影响地表水径流流量，使得地下水源枯竭，导致水质 恶化，破坏自然界的正常水循环。城市化增加了房屋和道路等不透水面积和排水工程，一方面减 少雨水的渗透，地下水得不到地表水足够的补充；同时城市化将增加耗水量，往往导致水源枯竭、 地下水面下降和地面下沉。另一方面，增加了地表水的总径流流量，特别是暴雨季节排水工程， 会增加地表径流的峰值流量，使得河流洪峰流量增加。另外，随着城市化的进程，城市废水对河 流、湖泊等水体的污染日益加重。生活污水中的病原菌污染水源，导致传染病流行（如 1848～ 1854 年，伦敦先后两次霍乱大流行）；工业废水比重不断增加，排出的污染物质和毒物也随之 增多，最终使得水质恶化，水生生物灭绝，生态平衡被破坏。 （3）城市化对大气环境的影响。城市化改变了大气的热量分布，影响自然地面的组成和性 质，并向大气排放大量的颗粒污染物和有害气体。城市人口稠密、工业集中、交通繁忙，这种格 局消耗大量能源，释放出大量热能。此外，燃料燃烧排放温室气体 CO2，加上城市建筑材料的热 容量大，白天吸收的热量夜间难以完全释放，使得城市成为一个大热源。其次，城市化大量排放 各种气体和颗粒污染物，如烟尘、硫氧化物、氮氧化物、碳氧化物、碳氢化合物等，这些有害气 体改变了城市大气环境的组成，造成对大气的严重污染。 盲目的城市化过程还会造成振动、噪声、微波污染，交通紊乱、住房拥挤、供应紧张等一 系列威胁人民健康和生命安全的环境问题。 依照自然规律和随着社会的不断进步，人口增长和城市化是不可避免的必然趋势，但人口
剧增和城市过大的弊端又是明显的。因此,必须采取措施,有效地控制人口增长和防止城市化自 流发展,使人口增长和城市的规模与环境功能相适应。 二、全球性环境问题 1.全球气候变暖 全球气候变暖一般包括气温升高、海平面上升和降水增加三个方面的内容。对过去100多年 中全球气温的研究表明,全球平均地面温度上升了0.3~0.6℃,1981~1990年全球平均气温 比1861~1880年上升了0.48℃,20世纪50年代以后全球平均气候约比19世纪下半叶升高了 0.612℃。100年来,地球上两极冰川融化后退,海平面上升了14~25cm。全球陆地降雨量增 加了1%。有专家预测,考虑到海水热膨胀、冰雪融化、降水增加等综合因素,全球气温在本世 纪可能升高1.5~4℃,海平面可能上升20~165cm。从近6亿年全球周期性气候冷暖变化的地 质发展规律来看,目前地球正处于冰期向间冰期的过渡时期,全球性气候变暖是必然的,人类活 动所造成的“温室效应”( greenhouse effect)加快了全球变暖的趋势。 所谓“温室效应”是地球上早已存在的自然现象,由瑞典诺贝尔化学奖获得者S.阿伦纽斯 在1896年提出的概念。大气中的某些组分,如三原子气体能让太阳短波辐射通过,但却可以强 烈地吸收长波辐射,就像温室中玻璃保温一样,使地表大气温度提高。据科学家估算,如果不存 在温室效应,地球表面的温度将不是现在的15℃,而是一18℃。 自然界的任何物体都有热辐射,温度越高,辐射能量越大,辐射波长就越短。太阳表面平均 温度约为600K,以300~800nm的紫外光、可见光等短波辐射透过大气被地球表面吸收:而地 球表面平均温度约为288K,以16000nm的红外长波辐射形式将到达地表的太阳能向外空间反射 从而维持地球的热平衡。由气体分子结构和分子光谱的原理可知,大气中的CO2和其它微量气体 如CH4、CFC3(氯氟烃)、H2O、N2O、O等可以使太阳的短波辐射几乎无衰减地通过,但却可以吸收 地面反射的长波辐射,阻止地面向外空间散失能量,使大气温度升高。因此,这些气体有类似温 室的作用,故称上述气体为“温室气体”( green housegas),由此产生的效应称为温室效应。目 前由于人类活动增加了大气中的温室气体,温室效应加强了,因而导致全球气候变暖 大气中能产生温室效应的气体已经发现近30种。从对增加温室效应的贡献来看,最重要的 气体是CO2,大约起66%的作用,其次,CH和CFCs分别起到16%和12%的作用。CO2是一种比较稳 定的化学物质,它在大气中的保留时间可达10年以上,而且较少参与大气中的各种化学反应。 大气中C浓度增加的人为原因主要是化石燃料的燃烧和森林植被的毁坏两个原因。据估算,化 石燃料燃烧所排放的CO2占排放总量的70%。1850年工业革命后,人类活动使大气中CO体积分 数由0.028%增加到1991年的0.0383%,100多年来增长了20~30%。到本世纪中叶,化石燃料仍 然是人类的主要能源,而且需求还将增加,大气中的CO2体积分数将达到0.056%以上。大气CO2 増加的另一个原因是陆地植物系统的破坏。据科学家估算,全球绿色植物每年能吸收285×10°t CO2,其中森林就可吸收其中的42%。热带雨林的破坏,使大气层每年增加17×10°tCO2,这个数 字相当于世界燃烧放出的CO2的总量,所以森林在地球上以极快的速度消失是导致全球性气温升 高的又一个重要原因
剧增和城市过大的弊端又是明显的。因此，必须采取措施，有效地控制人口增长和防止城市化自 流发展，使人口增长和城市的规模与环境功能相适应。 二、全球性环境问题 1. 全球气候变暖 全球气候变暖一般包括气温升高、海平面上升和降水增加三个方面的内容。对过去 100 多年 中全球气温的研究表明，全球平均地面温度上升了 0．3～0．6℃，1981～1990 年全球平均气温 比 1861～1880 年上升了 0．48℃，20 世纪 50 年代以后全球平均气候约比 19 世纪下半叶升高了 0．612℃。100 年来，地球上两极冰川融化后退，海平面上升了 14～25 cm。全球陆地降雨量增 加了 1%。有专家预测，考虑到海水热膨胀、冰雪融化、降水增加等综合因素，全球气温在本世 纪可能升高 1．5～4℃，海平面可能上升 20～165cm。从近 6 亿年全球周期性气候冷暖变化的地 质发展规律来看，目前地球正处于冰期向间冰期的过渡时期，全球性气候变暖是必然的，人类活 动所造成的“温室效应”(greenhouse effect)加快了全球变暖的趋势。 所谓“温室效应”是地球上早已存在的自然现象，由瑞典诺贝尔化学奖获得者 S．阿伦纽斯 在 1896 年提出的概念。大气中的某些组分，如三原子气体能让太阳短波辐射通过，但却可以强 烈地吸收长波辐射，就像温室中玻璃保温一样，使地表大气温度提高。据科学家估算，如果不存 在温室效应，地球表面的温度将不是现在的 15℃，而是－18℃。 自然界的任何物体都有热辐射，温度越高，辐射能量越大，辐射波长就越短。太阳表面平均 温度约为 6000K，以 300～800nm 的紫外光、可见光等短波辐射透过大气被地球表面吸收；而地 球表面平均温度约为 288K，以 16000nm 的红外长波辐射形式将到达地表的太阳能向外空间反射， 从而维持地球的热平衡。由气体分子结构和分子光谱的原理可知，大气中的 CO2 和其它微量气体 如 CH4、CFCs (氯氟烃)、H2O、N2O、O3 等可以使太阳的短波辐射几乎无衰减地通过，但却可以吸收 地面反射的长波辐射，阻止地面向外空间散失能量，使大气温度升高。因此，这些气体有类似温 室的作用，故称上述气体为“温室气体”(green housegas)，由此产生的效应称为温室效应。目 前由于人类活动增加了大气中的温室气体，温室效应加强了，因而导致全球气候变暖。 大气中能产生温室效应的气体已经发现近 30 种。从对增加温室效应的贡献来看，最重要的 气体是 CO2，大约起 66%的作用，其次，CH4 和 CFCs 分别起到 16%和 12%的作用。CO2 是一种比较稳 定的化学物质，它在大气中的保留时间可达 l0 年以上，而且较少参与大气中的各种化学反应。 大气中 CO2 浓度增加的人为原因主要是化石燃料的燃烧和森林植被的毁坏两个原因。据估算，化 石燃料燃烧所排放的 C02 占排放总量的 70%。1850 年工业革命后，人类活动使大气中 CO2 体积分 数由 0.028%增加到 1991 年的 0.0383%，100 多年来增长了 20～30%。到本世纪中叶，化石燃料仍 然是人类的主要能源，而且需求还将增加，大气中的 CO2 体积分数将达到 0.056%以上。大气 CO2 增加的另一个原因是陆地植物系统的破坏。据科学家估算，全球绿色植物每年能吸收 285109 t CO2，其中森林就可吸收其中的 42%。热带雨林的破坏，使大气层每年增加 17109 t CO2，这个数 字相当于世界燃烧放出的 CO2 的总量，所以森林在地球上以极快的速度消失是导致全球性气温升 高的又一个重要原因
CH4在大气中的含量极少,但对温室效应的贡献是同样数量CO2的21倍。由于随着人口和人 类活动的增加,家畜饲养、生物体分解、煤矿和天然气的开采、以及工业生产等活动的CH排放 也增加,使得大气中甲烷已经从工业革命开始前的0.7×10°增长到1992年的1.7×10°,增加 了将近150%,而且正以每年1%~2%的速度增加。目前全球甲烷每年排放约5.5亿t,其中2/3 左右来自人工源。氯氟烃(CFCs)的商业名称为氟利昂,它的温室效应作用不仅是同样数量CO2 数千倍,危害极大,而且破坏臭氧层的作用更加令人关注。 全球变暖可能造成的影响有:①人类的传染病、心血管和呼吸道疾病发病率增高,危害增大 ②生物物种的迁徙可能跟不上气候变化的速率,影响动植物的分布:③加剧全球干旱、洪涝等气 象灾难事件的频率和程度;④海平面上升会对经济相对发达的沿海地区产生重大影响;⑤全球范 围农作物的产量和品种的地理分布将发生变化 2.臭氧层损耗 臭氧(03)在大气中的含量非常微少,仅占一亿分之一。臭氧层存在于距地面高度20~30km 范围平流层中,其中臭氧的含量占这一高度上的空气总量的十万分之一。臭氧含量虽然极微,却 具有非常强烈的吸收紫外线的功能,它能吸收波长为200~300nm的紫外线。正由于臭氧层能够 吸收99%以上来自太阳的,对生物具有极强的杀伤力的紫外辐射,从而保护了地球上各种生命的 存在、繁衍和发展,维持着地球上的生态平衡。 科学家观察证实,近40年来,大气中臭氧层的破坏和损耗越来越严重。自1975年以来,南 极上空每年早春(南极10月份)总臭氧浓度的减少超过30%。1985年,南极上空臭氧层中心地带 的臭氧浓度极为稀薄,近95%被破坏,出现所谓的臭氧层“空洞”。到1994年,南极上空的臭氧 层破坏面积已经达2400万km2。臭氧空洞发生的持续期间和面积不断延长和扩大,1998年的持 续期间为100天,比1995年增加23天,而且臭氧洞的面积比1997年增大约15%,几乎可以相 当于3个澳大利亚。南极上空的臭氧层是在20亿年里形成的,可是在一个世纪里就被破坏了60% 北半球上空的臭氧层比以往任何时候都薄。欧洲和北美上空的臭氧层平均减少了10%~15%,西 伯利亚上空甚至减少了35%。20世纪80年代,中国昆明上空臭氧平均含量减少1.5%,北京减 臭氧层损耗原因目前还在探索之中,仍然存在着不同的认识,但人类排放的许多物质能引起 臭氧层破坏已成了不争的事实。这些物质主要有氟氯烃(CFCs)、哈龙、氮氧化物、四氯化碳以及 甲烷)等,其中破坏作用最大的为哈龙与氟氯烃类物质。 氟氯碳(氟利昂)和哈龙的存在是臭氧层遭到破坏的主要原因。氟利昂主要用于致冷剂、发泡 剂、清洗剂以及火箭使用的推进器等,而哈龙则是高效灭火剂。进入平流层的氟利昂和哈龙在强 烈的紫外线照射下,其分子吸收光子进行光解反应等,释放出具有催化活性的原子态氯和溴。而 O3吸收大量太阳强辐射后会产生激发态氧原子(0),如果激发态氧原子遇到具有催化活性的基团、 原子或分子,就会发生化学反应而被消耗掉。这种反应基本上属于活化能很小的热化学反应,反 应快速并容易进行,可循环反应多次,如原子态C1与03反应形成C10与O2,而C10遇到0原子 又反应成原子态C1,从而再次损耗O3。只有当原子态C1形成较稳定的分子(HC1)后,整个链 式反应才告终。据估算,一个氯原子可以破坏10万个臭氧分子,哈龙释放的溴原子对臭氧的破 坏能力是氯原子的30~60倍。由于人为释放的氟利昂和哈龙等的化学性质很稳定,在大气的对 流层中可长期存在(寿命约为几十年甚至上百年)并向全球扩散,不能通过一般的大气化学反应去
CH4 在大气中的含量极少，但对温室效应的贡献是同样数量 C02 的 21 倍。由于随着人口和人 类活动的增加，家畜饲养、生物体分解、煤矿和天然气的开采、以及工业生产等活动的 CH4 排放 也增加，使得大气中甲烷已经从工业革命开始前的 0．710-6 增长到 1992 年的 1．710-6，增加 了将近 150%，而且正以每年 1%～2%的速度增加。目前全球甲烷每年排放约 5．5 亿 t，其中 2/3 左右来自人工源。氯氟烃(CFCs) 的商业名称为氟利昂，它的温室效应作用不仅是同样数量 C02 数千倍，危害极大，而且破坏臭氧层的作用更加令人关注。 全球变暖可能造成的影响有：①人类的传染病、心血管和呼吸道疾病发病率增高，危害增大； ②生物物种的迁徙可能跟不上气候变化的速率，影响动植物的分布；③加剧全球干旱、洪涝等气 象灾难事件的频率和程度；④海平面上升会对经济相对发达的沿海地区产生重大影响；⑤全球范 围农作物的产量和品种的地理分布将发生变化。 2. 臭氧层损耗 臭氧（O3）在大气中的含量非常微少，仅占一亿分之一。臭氧层存在于距地面高度 20～30km 范围平流层中，其中臭氧的含量占这一高度上的空气总量的十万分之一。臭氧含量虽然极微，却 具有非常强烈的吸收紫外线的功能，它能吸收波长为 200～300nm 的紫外线。正由于臭氧层能够 吸收 99%以上来自太阳的，对生物具有极强的杀伤力的紫外辐射，从而保护了地球上各种生命的 存在、繁衍和发展，维持着地球上的生态平衡。 科学家观察证实，近 40 年来，大气中臭氧层的破坏和损耗越来越严重。自 1975 年以来，南 极上空每年早春(南极 10 月份)总臭氧浓度的减少超过 30%。1985 年，南极上空臭氧层中心地带 的臭氧浓度极为稀薄，近 95%被破坏，出现所谓的臭氧层“空洞”。到 1994 年，南极上空的臭氧 层破坏面积已经达 2 400 万 km2。臭氧空洞发生的持续期间和面积不断延长和扩大，1998 年的持 续期间为 100 天，比 1995 年增加 23 天，而且臭氧洞的面积比 1997 年增大约 15%，几乎可以相 当于 3 个澳大利亚。南极上空的臭氧层是在 20 亿年里形成的，可是在一个世纪里就被破坏了 60%。 北半球上空的臭氧层比以往任何时候都薄。欧洲和北美上空的臭氧层平均减少了 10%～15%，西 伯利亚上空甚至减少了 35%。20 世纪 80 年代，中国昆明上空臭氧平均含量减少 1．5%，北京减 少 5%。 臭氧层损耗原因目前还在探索之中，仍然存在着不同的认识，但人类排放的许多物质能引起 臭氧层破坏已成了不争的事实。这些物质主要有氟氯烃(CFCs)、哈龙、氮氧化物、四氯化碳以及 甲烷)等，其中破坏作用最大的为哈龙与氟氯烃类物质。 氟氯碳(氟利昂)和哈龙的存在是臭氧层遭到破坏的主要原因。氟利昂主要用于致冷剂、发泡 剂、清洗剂以及火箭使用的推进器等，而哈龙则是高效灭火剂。进入平流层的氟利昂和哈龙在强 烈的紫外线照射下，其分子吸收光子进行光解反应等，释放出具有催化活性的原子态氯和溴。而 O3 吸收大量太阳强辐射后会产生激发态氧原子(O)，如果激发态氧原子遇到具有催化活性的基团、 原子或分子，就会发生化学反应而被消耗掉。这种反应基本上属于活化能很小的热化学反应，反 应快速并容易进行，可循环反应多次，如原子态 Cl 与 O3 反应形成 ClO 与 O2，而 ClO 遇到 O 原子 又反应成原子态 Cl，从而再次损耗 O3。只有当原子态 Cl 形成较稳定的分子（HCl）后，整个链 式反应才告终。据估算，一个氯原子可以破坏 10 万个臭氧分子，哈龙释放的溴原子对臭氧的破 坏能力是氯原子的 30～60 倍。由于人为释放的氟利昂和哈龙等的化学性质很稳定，在大气的对 流层中可长期存在(寿命约为几十年甚至上百年)并向全球扩散，不能通过一般的大气化学反应去
除。它们通过大气环流进入平流层,由于平流层空气很少有上下对流,没有雨雪的冲洗,污染物 可以在平流层停留很长的时间,对臭氧层的破坏很大 许多氮氧化物也像CFC一样破坏平流层中臭氧层,其中氧化亚氮(NO引人关注。NDO的光解 和氧化作用可以形成NO,NO再与O3反应形成NO和O,从而使O3分解。NO的人为来源是施用化 肥、化石燃料燃烧等,天然来源有土壤中的细菌作用和空中雷电等自然现象。高空飞行的航空器 核试验等产生的M也可以使O分解。据美国科学院估计,假如工业生产及豆科植物产生的氮肥 增加1~2倍,全球的臭氧将减少3.5%。 臭氧层损耗,过量紫外线照射造成的危害有:①损害人的免疫系统、眼角膜及人体皮肤,尤 其使患皮肤癌患者增加。据估计,平流层臭氧若损耗1%,皮肤癌的发病率将增加%。②破坏地 球上的生态系统。抑制植物的光合作用,损害植物叶片,使农作物减产。水生生态系统中的微生 物、小型鱼虾和单细胞藻类减少、死亡,食物链被破坏,还可能导致某些生物物种的突变。③引 起新的环境问题。如加剧光化学烟雾的形成,增强大气温室效应,加速材料的老化、分解、破坏, 例如塑料老化、涂料变色、钢铁材料加速腐蚀等等 3.酸性降水 酸性降水是指pH值小于5.6的大气降水,包括雨、雪、霜、雹、雾和露等各种降水形式, 其中最多的酸性降水是酸雨。一般雨水的pH值为6左右,呈现弱酸性,主要是天然降水中溶解 了CO2所致。国际上多年来将p值5.6作为判断是否是酸雨的界限。但近年来通过对降水的多 年监测,有人认为p值小于5.0为酸雨比较合适。 有关酸雨的研究已有100多年历史。1852年,英国杂志上首次发表了曼彻斯特附近地区降 雨中有硫酸的报导,而酸雨( acid rain)的概念则是1872年R.史密斯在《大气与降水一化学 气候学的开端》一书中首次提出的。当前的酸雨主要是人类活动向大气排放的各类酸性物质所造 20世纪五六十年代以前,酸雨只在局部地区出现。之后,欧美等工业发达国家陆续发现酸 雨増多、范围扩大的现象。70年代初,调査发现北欧斯堪的纳维亚的许多湖泊被酸化,瑞典就 有15000个。北欧、英国和联邦德国,酸雨造成的环境酸化程度超过正常值的10倍以上,而且 发现北欧酸雨是英国和西欧排放的S02“输出”造成的,酸雨成为跨越国界的环境问题。在1974 年欧洲科西嘉岛测得过一次pH值为2.4的酸雨,这己经与食醋的pH值一样。1982年美国有15 个州的降水pH值在4.8以下,酸雨已经从美国东北部地区蔓延到西部人口稠密区和重要的自然 保护区。此后,酸雨在世界各地相继出现。 我国20世纪70年代末也发现酸雨。30年来,酸雨受害面积已扩大到国土面积的30%以上 我国的酸雨主要分布于长江以南、青藏高原以东地区及四川盆地。其中以长沙为代表的华中酸雨 区,降水酸度值最低,酸雨出现频率最高,长沙降水平均pH值曾经低至3.54。酸雨的范围也在 扩大,北方地区也有一些城市,如青岛、图们、太原等出现酸雨。目前,我国与日本已成为步北 欧、北美后的世界第三大酸雨区。 通常,在酸雨形成过程中,硫酸占60%~70%,硝酸占30%,盐酸占5%,有机酸占2%。NO 和SO2是形成酸雨的大气污染物的主要成分,主要来自燃烧化石燃料的各种设备和汽车尾气等人 为的排放
除。它们通过大气环流进入平流层，由于平流层空气很少有上下对流，没有雨雪的冲洗，污染物 可以在平流层停留很长的时间，对臭氧层的破坏很大。 许多氮氧化物也像 CFC 一样破坏平流层中臭氧层，其中氧化亚氮(N2O)引人关注。N2O 的光解 和氧化作用可以形成 NO，NO 再与 O3 反应形成 NO2 和 O2，从而使 O3 分解。N2O 的人为来源是施用化 肥、化石燃料燃烧等，天然来源有土壤中的细菌作用和空中雷电等自然现象。高空飞行的航空器、 核试验等产生的 NOX 也可以使 O3 分解。据美国科学院估计，假如工业生产及豆科植物产生的氮肥 增加 1～2 倍，全球的臭氧将减少 3.5%。 臭氧层损耗，过量紫外线照射造成的危害有：①损害人的免疫系统、眼角膜及人体皮肤，尤 其使患皮肤癌患者增加。据估计，平流层臭氧若损耗 1%，皮肤癌的发病率将增加 2%。②破坏地 球上的生态系统。抑制植物的光合作用，损害植物叶片，使农作物减产。水生生态系统中的微生 物、小型鱼虾和单细胞藻类减少、死亡，食物链被破坏，还可能导致某些生物物种的突变。③引 起新的环境问题。如加剧光化学烟雾的形成，增强大气温室效应，加速材料的老化、分解、破坏， 例如塑料老化、涂料变色、钢铁材料加速腐蚀等等。 3. 酸性降水 酸性降水是指 pH 值小于 5.6 的大气降水，包括雨、雪、霜、雹、雾和露等各种降水形式， 其中最多的酸性降水是酸雨。一般雨水的 pH 值为 6 左右，呈现弱酸性，主要是天然降水中溶解 了 CO2 所致。国际上多年来将 pH 值 5.6 作为判断是否是酸雨的界限。但近年来通过对降水的多 年监测，有人认为 pH 值小于 5.0 为酸雨比较合适。 有关酸雨的研究已有 100 多年历史。1852 年，英国杂志上首次发表了曼彻斯特附近地区降 雨中有硫酸的报导，而酸雨(acid rain) 的概念则是 1872 年 R．史密斯在《大气与降水—化学 气候学的开端》一书中首次提出的。当前的酸雨主要是人类活动向大气排放的各类酸性物质所造 成。 20 世纪五六十年代以前，酸雨只在局部地区出现。之后，欧美等工业发达国家陆续发现酸 雨增多、范围扩大的现象。70 年代初，调查发现北欧斯堪的纳维亚的许多湖泊被酸化，瑞典就 有 15000 个。北欧、英国和联邦德国，酸雨造成的环境酸化程度超过正常值的 10 倍以上，而且 发现北欧酸雨是英国和西欧排放的 SO2“输出”造成的，酸雨成为跨越国界的环境问题。在 1974 年欧洲科西嘉岛测得过一次 pH 值为 2.4 的酸雨，这已经与食醋的 pH 值一样。1982 年美国有 15 个州的降水 pH 值在 4.8 以下，酸雨已经从美国东北部地区蔓延到西部人口稠密区和重要的自然 保护区。此后，酸雨在世界各地相继出现。 我国 20 世纪 70 年代末也发现酸雨。30 年来，酸雨受害面积已扩大到国土面积的 30%以上。 我国的酸雨主要分布于长江以南、青藏高原以东地区及四川盆地。其中以长沙为代表的华中酸雨 区，降水酸度值最低，酸雨出现频率最高，长沙降水平均 pH 值曾经低至 3.54。酸雨的范围也在 扩大，北方地区也有一些城市，如青岛、图们、太原等出现酸雨。目前，我国与日本已成为步北 欧、北美后的世界第三大酸雨区。 通常，在酸雨形成过程中，硫酸占 60%～70%，硝酸占 30%，盐酸占 5%，有机酸占 2%。NOx 和 SO2 是形成酸雨的大气污染物的主要成分，主要来自燃烧化石燃料的各种设备和汽车尾气等人 为的排放