温室气体和温室效应Word文档下载推荐.docx
《温室气体和温室效应Word文档下载推荐.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《温室气体和温室效应Word文档下载推荐.docx（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
“高海拔地区似乎对气候变暖更为敏感，冰川消退就是一个征兆。
现在最令我们担忧的就是气候变暖的速度，非常快！
”有多快呢?
科学家估计，在过去100年中，阿尔卑斯山失去了一半的冰川冰，其中20％是从上个世纪80年代开始丧失的。
在过去15年中，瑞士境内的冰川表面面积减少了五分之一。
随着气温升高，雪线也升高了。
一些滑雪中心迟早会面临没有雪的困境，它们的城镇也会萎缩。
以前，落石仅仅是偶尔才发生的危险，现在则越来越多，威胁着通讯塔和无线电设施，更不要说偶尔在场的人员了。
这就是为什么皮茨滑雪场和其他滑雪场的业主们要花费巨资把他们的冰川盖上（光是皮茨冰川，一年就要花大约12.1万美元）。
他们预计，有朝一日，只有高海拔的冰川滑雪地区才可能指望有足够的降雪来维持开放。
（4）喜马拉雅冰川全球消融最快
随着全球气候变暖，科学家们警告说喜马拉雅冰川正以每年大约33至49英尺（约10至14.9米）的惊人速度后退，已经成为全球消融最快的冰川。
而支撑着印度最大的河谷盆地的甘戈特里（Gan－gotri）冰川也正在以每年超过100英尺的速度后退。
喜马拉雅地区是除了北极之外全球最大的冰川聚集地，该地区冰川的迅速消融会使中国、印度和尼泊尔数亿民众直接面临缺水的威胁。
“喜马拉雅冰川的急速消融首先将导致河流来水量的急剧增加，并形成大范围的洪水。
”“但是，几十年后这种现象就将转变为河流水位下降，也意味着中国西南部、尼泊尔和印度北部将因此而遭受巨大的经济损失和环境灾难。
”
喜马拉雅冰川是恒河、印度河、雅鲁藏布江、怒江、澜沧江、长江、黄河的源头。
居住在南亚次大陆和中国的数亿民众都依靠着这些河流供给水源。
环境保护主义者认为，随着冰川以如此惊人的速度后退，人们所要担心的就不仅仅是水资源短缺、冰川洪水、塌方等等问题。
（5）据新华社电
科学家最近指出，温室效应使海洋温度不断升高，人类排放到海洋中的有毒垃圾也在不断增加，致使许多热带深海鱼类的栖息地——珊瑚礁遭到破坏，而含有雪卡毒素的藻类植物则生长繁茂。
原来生活在珊瑚礁附近的吃藻类的小鱼被老虎斑、东星斑、西星斑、杉斑、苏眉等石斑鱼和鲈鱼等热带珊瑚鱼和鲈鱼等人类常食用的鱼类吞食，这就使越来越多的雪卡毒素进入人体。
据悉，近10年产自热带的雪卡毒素迅速蔓延至亚洲、欧洲以及美国的很多地方。
在美国，现在每年有超过250人雪卡毒素中毒，比上世纪70年代增加了5倍。
全球每年有超过5万人雪卡毒素中毒。
专家建议不要吃鱼的内脏。
（6）海水温度升高，导致珊瑚白化，正威胁着澳大利亚的大堡礁
世界第八大奇观 人间绝域将绝迹
大堡礁是世界上最伟大的自然奇观之一，被人们称为“人世绝域”、“世界第八大奇观”。
它位于澳洲昆士兰省以东、南回归线与巴布亚湾之间的热带海域，沿昆士兰海岸断续绵延2000多公里，包括约3000个岛礁，分布的面积共达34．5万平方公里，是全球最大的活珊瑚礁群。
在大堡礁群中，色彩斑斓的珊瑚礁有红色、绿色、紫色和黄色等，其形态有鹿角形、灵芝形、荷叶形、海草形，构成千姿百态的海底奇观。
大堡礁的400多个珊瑚礁群中，有300多个是活珊瑚，而在礁群生活的热带海洋生物估计有多达1500种。
大堡礁每年带来的旅游收益非常可观，估计高达42亿澳元。
每年到大堡礁观光的游客都相当多，2001年的游客多达180万人。
澳洲著名的旅游胜地大堡礁每年吸引万千游客，但一项调查显示，由于地球温室效应令海水温度上升，大堡礁绝大部分会在2050年消失，令澳洲的旅游业和捕鱼业蒙受重大损失。
消失命运无可挽回
澳洲昆士兰大学海洋研究中心主任古尔德贝格汉斯就此进行了两年研究，并于2月21日发表了长达350页研究报告，指出大堡礁的美丽珊瑚礁景色将永远消失，取而代之的只是大片水草。
报告说，地球温室效应正令海水温度升高，导致珊瑚褪色及死亡。
报告强调，这种命运无可挽回，因为即使海水温度只上升1℃也会出现上述情况，而本世纪的海水温度估计将会上升2℃~6℃。
目前没有证据显示珊瑚能迅速适应海水温度的上升，而依靠珊瑚生活的其他海洋生物也会随珊瑚的死亡而愈来愈少，甚至绝种。
澳洲将损失80亿澳元
报告说，照最乐观的估计，到本世纪中期，大堡礁的珊瑚将只剩不到5％。
即使未来环境好转，大堡礁也需50至100年才能恢复旧貌。
温室效应的危害：
一、水供需矛盾加剧：
全球变暖导致降水变化，全球水资源供需矛盾愈加明显。
联合国政府间气候变化专门委员会今年初曾指出，如果地球平均气温上升４摄氏度，全球就会有３０多亿人面临缺水问题。
二、天灾威胁加重：
地球“发烧”，热带风暴和飓风的次数和强度可能增加。
三、岛国命运堪忧：
地球两极冰雪融化会导致海平面上升，众多岛屿将被淹没，一些岛国可能不复存在，岛上及沿海居民生活受到威胁。
四、夏天热浪频仍：
有关报告显示，如果全球平均气温上升３摄氏度，北美地区受热浪侵袭的次数将增加３至８倍，世界其他地方与北美情况类似。
五、生物链被打乱：
由于气候变化，不少动物开始向南部或北部迁移，生物物种活动范围的变化将导致迁入地和迁出地生物链出现混乱，从而对农林业和渔业产生不利影响。
六、传染疾病肆虐：
由于全球变暖，许多通过昆虫、食物和水传播的传染性疾病的传播范围将扩大，并对贫困地区的人口造成显著影响。
七、经济发展蒙阴影：
据统计，２０世纪９０年代，全球发生的重大气象灾害比５０年代多５倍，因此造成的年均经济损失从６０年代的４０亿美元飙升至２９０亿美元。
气候变暖后，我国的天气－气候极端事件的发生频率增大，我国的极端降水事件趋多、趋强。
极端降水平均强度和极端降水值都有增强的趋势，长江及长江以南地区年降水量和极端降水量趋于增加，极端降水值和降水事件强度有所加强。
长江中下游大部分雨涝集中在5－7月份，受涝次数占全年的70%－90%，尤其在20世纪90年代极端降水量比例趋于增大。
北京时间2月2日，联合国在巴黎发布迄今为止最严厉的气候警告。
联合国政府间气候变化专门委员会发表的一份评估报告摘要一针见血地指出，全球气候变暖有超过９０％的可能由人类活动导致。
报告说，全球变暖将持续数百年，海平面将持续上升。
报告说，现在的形势迫切需要各国政府进一步减少和限制温室气体排放，以延缓气候变暖趋势。
太平洋岛国图瓦卢是世界上海拔最低的国家之一，这个国土面积仅为26平方公里的弹丸之国由9个环形珊瑚岛群组成，该国的最高点距海平面不到5米，该国首都富纳富提岛的最高点距海平面距离仅为3米左右，一些低凹地区的房屋差不多已跟海水持平，海水涨潮时随时都可能会淹到居民的家门口。
在恶劣的暴风雨天气中，图瓦卢人曾多次看到过自己居住的小岛被飓风和海浪吞没，不过当暴风雨过后，他们的小岛还好好地浮在海面上；
但如果是海平面上升将他们的岛国吞没，图瓦卢人也许就再也别期望它们还会浮出水面了。
事实上，即使小岛在被海水吞没之前，这儿几乎已经无法居住了。
1、研究背景
●本来温室效应是有利于全球生态系统的，并正是由于“温室效应”才使全球充满了生机。
正是由于温室效应，使地球表面的平均温度维持在15摄氏度左右，特别适合于地球生命的延续，如果没有温室效应，地球表面平均温度将是-18摄氏度左右,现有的大多数生物将会无法生存。
●温室效应有效地保存了地球表面吸收的来自太阳的能量，并返回地球表面，保持地球的温暖和生机，同时温室效应也和一些其他的一些“制冷效应”机制相平衡，保持地球热量的平衡。
Ø
例如大气平流层中的O3拦截了绝大多数的太阳高能紫外线，使地球环境有效降温，保护了地球生命（冰室效应）
大气对流层中的颗粒物反射和散射太阳光，使地球降温（阳伞效应）
如在公元1550-1900年地球上频繁的火山喷发形成的阳伞效应过强，使地球温度过低，形成了延续330年的“小冰期”
●但是在近代开始，人们的观点发生了变化，温室效应已经成为一个不可忽视的全球性环境问题，主要原因在于人类排放的大量温室效应气体，对地球的保温的“温室效应”过强，产生了过犹不及的效果。
●需要纠正一个错误认识“凡是温室效应就是有害的”，现代人们谈到的温室效应实际上是人们对原来的温室效应大量“干扰”，使其过于强化的结果，是一种“人为温室效应”。
2、温室效应
●地球热平衡：
进入大气的太阳辐射约50%以直接方式或被云、颗粒物和气体散射的方式到达地球表面；
另外的50%被直接反射回去或被大气吸收。
来自太阳的各种波长的辐射
一部分在到达地面之前被大气反射回外空间或者被大气吸收后再次反射回外空间；
一部分直接达到地面或者通过大气散射到达地面。
达到地面的辐射有少量的紫外光、大量的可见光和长波红外光；
这些辐射在被地面吸收之后，除了地表存留一部分用于维持地表生态系统热量需要，其余最终都以长波辐射的形式返回外空间，从而维持地球的热平衡。
地球表面能量返回大气由传导、对流和辐射三种能量传输机制来完成。
被地面反射回外空间的长波辐射，被大气中能够吸收长波辐射的气体如二氧化碳、甲烷等吸收后再次反射回地面，从而保证了地球热量不大量散失，如果该过程过强，就会造成温室效应。
●温室效应：
可以用人们熟悉的花园种草的温室来说明。
花园温室一般由塑料或玻璃隔开外界空气形成一个相对封闭的室内空间，以保持室内、花草生长所需要的温度。
决大多数来自太阳的相对波长较短的辐射线能够透过玻璃，达到温室内的地面和花草上，并被他们吸收。
被温室内物体吸收后的太阳辐射转换成能够致热的长波辐射，再次从地面向上空反射，欲要通过玻璃或塑料顶棚辐射出去。
但是玻璃或透明塑料就像大气中的一些气体（H2O、CO2、CH4、N2O、CFCs、O3等）一样，只允许短波辐射通过，而不允许长波辐射通过，所以温室内的这些致热长波辐射被“禁闭”在里面，导致温室内的温度要比外面的高，这个过程就是“温室效应”形成过程。
1.大气中自然发生的温室效应：
一般主要是由于水分子的吸收红外辐射引起的，H2O吸收的红外光线的波长700-850nm和1100-1400nm，而且吸收微弱，所以自然条件下的温室效应不是很强烈。
★★地球与大气的能量平衡
地球吸收了太阳辐射能量，为保持其热平衡，必须将这部分能量辐射回太空，这一过程称为地球辐射。
地球辐射波长都在4μm以上，辐射极大值位于10μm处，即主要是红外长波辐射。
地球表面辐射的能量主要被低层大气中的CO2和水汽吸收。
地球辐射的波长在4～8μm和13～20μm部分能量很容易被大气中水汽和二氧化碳所吸收；
而8～13μm的辐射被吸收很少，这种现象称为“大气窗”，这部分长波辐射可以穿过大气到达宇宙空间。
CO2和H2O吸收地面辐射的能量后，又以长波辐射的形式将能量放出。
这种辐射是向四面八方的，而在垂直方向上则有向上和向下两部分，向下的部分因与地面辐射方向相反，称为“大气逆辐射”。
由于大气逆辐射的作用，一部分地球辐射又被返回地面，使实际损失的热量比它们长波辐射放出的热量少。
因此，大气对地表保持在适宜的温度范围起了重要作用。
由于在很长时期内地面的平均温度基本上维持不变，因此可以认为入射的太阳辐射和地球的长波辐射收支是基本平衡的，见图2-4。
由此可见，发生于地球和大气间的能量得失过程与化学物种的光化学、光吸收作用密切相关，尤其是O3、水汽和CO2等。
所以，大气中这些成分的变化会对地球的能量平衡产生很大的影响。
如近地面大气中水汽和CO2量增加，它们会吸收地面长波辐射，在近地面与大气层间形成绝热层，使近地面热量得以保持，并导致全球气温升高，直接影响人类的生活和安全。
这就是所谓的“温室效应”（greenhouseeffect）。
图2-4地球的能量平衡
2.人为的温室效应：
增加大气中CO2等温室气体浓度，阻止地球热量的散失，使地球发生可感觉到的气温升高，这就是有名的“温室效应”。
CO2吸收的红外光线的波长1200-1630nm，并强烈吸收。
850-1200nm范围的红外光，能够强烈地被CFCs（还有甲烷、一氧化二氮等）吸收，因此人为排放的大量气体造成的温室效应要远远大于自然条件下的温室效应。
3、主要温室气体
●概述
温室气体包括两类：
一类在对流层混合均匀，如CO2、CH4、N2O和CFCs。
另一类在对流层混合不均匀，如O3、nMHCs。
造成混合不同的原因是因为这些温室气体在大气中的寿命（平均存留时间）不同，化合物寿命长，则容易混合均匀，其温室效应具有全球特征。
寿命短则不利于混合均匀，其温室效应只具有区域性特征。
许多研究资料表明，在过去的1000年内，自工业革命开始后全球大气对流层中CO2、CH4、N2O和CFCs、O3、nMHCs等都出现了浓度增高的趋势，特别是1870年以来，这些温室气体几乎呈几何级数形式在增长，这引起了人们对温室气体研究的关注。
●一些气体能够成为温室气体的原因（H2O和CO2）
H2O和CO2具备以下的条件
H2O和CO2分子中具有多个原子，吸收红外线时，其分子发生波动，这样红外辐射线能够在其分子内部发生量子转换，因此能够被他们吸收；
这就是为什么虽然大气中氩含量很多，但是不能有效吸收红外线的原因。
因为红外辐射是电磁波，因此物质分子吸收红外光后，要求其分子内部电场发生改变，也就是分子之间的电偶极距发生变化，H2O和CO2具有不对称的电偶极距，因此能够吸收红外线，并导致内部电场发生变化，而象N2、O2等虽然能够在受到红外光辐射时，其分子内部发生原子之间的能量转换而发生分子颤动，但是其分子是对称的，因此不会导致内部电场发生变化，因而不能有效吸收红外线。
在大气中要求一定的浓度，H2O和CO2在大气中的浓度较高，象HCl、CO、NO、N2O等分子都具备这样的条件，但是其在大气中的浓度远远低于H2O和CO2，因此目前他们还不是主要的温室气体。
●虽然CO2是研究的最主要的温室气体，但是CFCs等浓度增加造成的温室效应要比CO2强很多。
目前CFCs比如CFC-11、CFC-12已经成为十分有效的温室气体。
一般而言，H2O和CO2吸收的红外光线的波长分布在1200nm以上和850nm以下的范围，例如H2O吸收的红外光线的波长700-850nm和1100-1400nm，而且吸收微弱，CO2吸收的红外光线的波长1200-1630nm，并强烈吸收。
但是对于850-1200nm范围的红外光，对于H2O和CO2则是透明的（不能被吸收）。
但是这个范围波段的红外光能够强烈地被CFCs（还有甲烷、一氧化二氮等）吸收。
对于H2O和CO2对红外光的吸收，目前已经是“纯”吸收，就是说，在在1200nm以上和850nm以下的红外光目前基本上已经全部被H2O和CO2吸收了，再增加的单位的H2O和CO2浓度对于红外光的吸收只占总吸收量的很少一部分，但是，原来大气中CFCs等的浓度较低，因此他们增加一个单位浓度，对于红外光的吸收量是很大的，因此目前CFCs比如CFC-11、CFC-12等已经成为十分有效的温室气体。
●大气中温室气体：
CO2、N2O、CH4、CO、CH3CHCl2、O3、CFC-11、CFC-12、CCl4。
CO2：
自1750年以来，大气中CO2的浓度增加了31%，目前大气中CO2的浓度是过去42万年内最高的。
人为排放的CO2占3/4是化石燃料的燃烧，其余1/4来自土地利用变化造成毁林开荒（绿色植物对CO2吸收的减少）。
过去的20年里，CO2的增长幅度为1.55ppm/a。
碳的氧化物
◆◆◆碳的氧化物有一氧化碳和二氧化碳。
（1）一氧化碳（CO）：
一氧化碳主要来自天然源，自然排放的CO远远超过人为源。
CO的天然源如下：
（a）甲烷的转化。
生命有机体分解产生的CH4经·
OH自由基氧化可形成CO。
CH4+·
OH→·
CH3+H2O
·
CH3+O2→HCHO+·
OH
HCHO+hν→CO+H2
（b）海水中CO的挥发。
海水中CO过饱和程度很大，可不断向大气提供CO，其量约为1.0×
108t/a。
（c）植物排放的烃类（主要是萜烯），经·
OH自由基氧化产生CO。
（d）植物叶绿素的光解，由叶绿素光解产生的CO约为（5～10）×
107t/a。
（e）森林火灾、农业废弃物焚烧每年将产生60×
106tCO。
一氧化碳的人为源主要是燃料的不完全燃烧，其中80％是由汽车排放的。
氧气不足时：
C+1/2O2→CO
C+CO2→2CO
CO的生成量与空燃比有关，如空燃比超过15，则汽车尾气中没有CO。
此外，高温时CO2可分解产生CO和原子氧。
CO的去除途径主要被土壤中某些细菌吸收，并代谢为CO2和CH4；
此外，CO与·
OH自由基反应也可转化为CO2。
CO在大气中的停留时间较短，约为0.4a。
城市中CO浓度比农村要高得多，其浓度与交通密度有关，还与地形及气象条件有关。
CO的主要危害在于能参与光化学烟雾的形成以及造成全球性的环境问题。
（2）二氧化碳（CO2）：
二氧化碳是无毒气体。
由于它是温室气体，能造成全球性环境的重大变化，故引起了人们的普遍关注。
CO2的人为源主要是矿物燃料的燃烧。
而它的天然源主要有：
（a）海洋脱气。
海水中CO2量通常比大气圈高60多倍，估计大约有千亿吨的CO2在海洋和大气圈之间不停地交换。
（b）甲烷转化。
CH4在平流层中与·
OH自由基反应，最终被氧化为CO2。
（c）动植物呼吸、腐败作用以及生物物质的燃烧。
（d）CO2不仅来源于地表，而且也来源于地球内部。
地球内部大量的CO2通过突发式、阵发式和渐进式将其释放，释放出来的CO2成为大气CO2浓度升高不可忽视的源。
碳通过大气、海洋和生物圈，在自然界中形成了二氧化碳与各种碳化合物的自然循环。
这种循环使大气中的二氧化碳平均含量维持在300mL/m3。
一方面由于人类活动使CO2的排放量逐年增加，另一方面由于大量砍伐森林，毁灭草原，使地球表面的植被日趋减少，以致减少了整个植物界从大气中吸收CO2的数量。
碳的正常循环已被破坏，全球大气CO2浓度正在逐渐上升。
二氧化碳是引起温室效应的主要气体。
CO2分子对可见光几乎完全不吸收，但对红外热辐射，特别对波长为12～18μm范围的光，则是一个很强的吸收体。
因此，低层大气中的CO2能够有效地吸收地面发射的长波辐射，使近地面大气变暖。
据统计分析，从1880～1970年，CO2从280mL/m3增至330mL/m3;
1988年CO2已达350mL/m3，到本世纪末大气中CO2的浓度将达到365mL/m3。
气温自1880年至1945年增加了0.4℃。
早在50年代曾有人提出，如果大气中CO2增加两倍，气温将升高3.6℃。
按照目前大气中CO2浓度的增加速度，几十年之后，可能会使整个地球气候变暖，给人类带来严重的后果，如使旱灾地区面积扩大，影响农业生产，还将导致地球表面冰川和冰帽溶化，以致海平面上升60～70cm，使沿海城市被上涨的海水所淹没，后果不堪设想。
当然大气中的颗粒物对温室效应有抑制作用。
在第二届世界气候大会上（1990年11月），英国科学家认为，大气中大量硫酸盐的存在对全球变暖过程有显著抑制作用，Wigleye和Raper认为，硫酸盐可能已抵消温室效应对全球变暖贡献量的三分之一。
目前对于气溶胶在气候变化中的作用尚有争议。
CH4：
增长很快，1975年以来增长了1060ppbv，目前大气中CH4浓度是42万年以来最高的。
目前约有一半多是人为排放，例如燃烧化石燃料、家畜饲养、水稻种植、垃圾填埋等。
N2O：
1750年以来增加了46ppb，还在增长，目前浓度液是过去1000年中最高的。
大约增加的1/3来自人为排放。
农业土壤、家畜饲养、化学工业。
CFC：
原来在大气中不存在，完全来自人为排放。
从1995年开始由于执行蒙特利尔议定书的结果，全球大气中CFC开始缓慢下降。
然而一些替代物（如哈龙类物质）的浓度却开始上升。
哈龙类物质比CFC稳定一些，但是也能够光解，并破坏臭氧。
4、温室效应危害
全球平均温度上升，两极冰融化，海平面上升，沿海一些城市可能被淹没；
全球气温上升中，由于两极温度升高快，而赤道升温慢，因此会导致全球的大气环流发生改变，例如西风漂流等减弱，东北信风和东南信风都会减弱等，从而引发一系列的气候变化反应；
另外由于温室气体上升，还会伴随大量其他环境问题，如物种对气候不适应导致的物种灭绝，生物对气候的不适应可能导致的疾病流行等等。
4、主要温室气体
引起温室效应的物质主要有CO2、CH4、N2O、CFCs。
（1）大气中CH4主要来源自湿地、牛群、稻田等，浓度仅次于CO2，其温室效应比CO2大20-30倍。
（2）我国农田土壤排放CO2、CH4、N2O分别为260×
106t、17.5×
106t和9.6×
106t，分别占总排放量的8%、50%、10%。
（3）CFC也是温室气体，对温室效应的贡献率占25%。
CFC-11、CFC-12主要吸收800-2000cm-1之间的辐射；
每个CFC-12分子产生的温室效应相当于15000个CO2分子。
（4）新发现温室效应最强的物质CF3SF5，1个CF3SF5分子产生温室效应相当于105个CO2。
资料：
全球气候变暖是一种“自然现象”。
由于人们焚烧化石矿物以生成能量或砍伐森林并将其焚烧时产生的二氧化碳等多种温室气体，由于这些温室气体对来自太阳辐射的可见光具有高度的透过性，而对地球反射出来的长波辐射具有高度的吸收性，也就是常说的“温室效应”，导致全球气候变暖。
近100多年来，全球平均气温经历了冷－
升级会员 