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4应对措施（5）
4.1针对二氧化碳的措施（5）
4.2其它方面的措施（9）
5结语（10）
参考文献（11）
摘要人类活动所排放的温室气体在大气层中的不断增加和积累,使地球温室效应变得越来越严重。
当前温室效应和由此而产生的气候变化已经成为各国科学家共同关注的主题。
本文简要阐述温室效应与温室气体;
分析温室效应产生的原因,并总结了温室效应对人类的不利影响和各行业为控制温室效应应采取的措施。
其中,重点介绍了控制二氧化碳的措施。
关键词温室效应原因危害措施
前言
自18世纪下半叶工业革命完成以来,人类对食物和能源需求的快速增长,使其加大了对资源开发的力度。
随着人类活动的不断增强,排入大气中的温室气体含量不断增加,地球温室效应不断增强,地球变暖现象越来越严重。
在1998年6月的华盛顿热浪期间,美国Goddard空间科学研究所所长詹姆斯·
汉森（JamesHanson）告诫公众说:
“全球变暖已经出现。
”此后20年,排放的温室气体越来越多,气候越来越异常,高温、大旱、洪水、风暴、森林大火、冰川融化等极端自然现象频频发生,给世界各国带来巨大的损失。
大量确凿的证据表明,全球变暖、气候异常是长期以来人类不加节制地向大气排放温室气体,致使大气层中温室气体含量超过正常水平所引起的。
由于温室气体的扩散和大气流动,使气候异常和由此引发的灾害无国界,因此,解决温室气体排放已成为全人类共同的问题。
世界各国于1992年在巴西里约热内卢签署的“联合国气候变化框架公约”、1997年在日本签署的“京都议定书”以及2007年在印度尼西亚通过的“巴厘岛路线图”都是人类为减少温室气体排放,遏制全球变暖所作出的共同努力。
尽管有的发达国家出于自身利益的考虑,拒不批准“京都议定书”,致使其实施艰难,但世界各国尤其是温室气体排放大国都表示愿意作出最大努力以减少温室气体排放,这就为实施“巴厘岛路线图”以及将于2009年在丹麦哥本哈根举行的联合国大会上通过2012年后全球气候保护条约奠定了基础[1]。
1温室效应和温室气体
1.1温室效应
温室效应,又称“花房效应”,是大气保温效应的俗称。
太阳能够不断地向陆地和海洋发射0.15-4.0um波长的光,同时地表也会向外辐射近红外到远红外的长波光,若大气层中不存在吸收红外辐射的气体,太阳与地球的相互辐射达到平衡,地球会处于250K稳定温度状态。
若大气中存在吸收红外辐射的气体,其作用的结果是使太阳短波辐射到达地面,而地表向外放出的长波热辐射线却被大气吸收,这样就使地表与低层大气温度增高,因其作用类似于栽培农作物的温室,故名温室效应[2]。
若温室效应不断加强,全球温度也必将逐年持续升高。
1.2温室气体
大气中起温室作用的气体称为温室气体,温室气体占大气层不足1%,大气层中主要的温室气体有二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、一氧化二氮（N2O）、氯氟碳化合物（CFCs）及臭氧（O3）。
大气层中的水气（H2O）虽然是“天然温室效应”的主要原因,但普遍认为它的成份并不直接受人类活动所影响[3]。
2产生温室效应的原因
导致温室效应产生的原因可以归结为:
自然原因和人为原因两大类。
2.1自然原因
主要包括海洋、陆地、火山活动、太阳活动、自然变率等,不少科学家还把气候变暖归结为大气候条件。
地球逐渐变暖是地球大气自身调节的结果。
自地球形成以后,不同地质时期气候呈现出一定的规律性,一定幅度的气温波动是正常的,目前地球正处于“增温期”。
如中国海南岛小东海礁区的滨珊瑚岩心长3m,反映近百年（1890~1990年）的温度变化,即20世纪50年代前升温,50~80年代降温,80年代后升温。
太阳本身提供的能量变化或者地球接收到的太阳能量发生变化都会影响到地球气候系统的变化。
丹麦国家太空中心认为,由于帮助形成云层的部分宇宙射线被太阳的较强磁场阻挡,导致了地球温度的升高。
从十年至百年的长时间尺度分析,影响气候长期波动的主要因子是太阳辐射。
俄罗斯天文学家HabibulloAbdussamatov还认为长期上升的太阳辐射是造成地球变暖的原因[5]。
再就是厄尔尼诺现象造成全球气候异常。
中高纬地区冬季气温与厄尔尼诺现象发生具有一致性,即厄尔尼诺现象发生当年冬季气温低、翌年也低。
2.2人为原因
主要表现在三个方面:
第一,排放有害气体。
“温室效应”是目前大气增温的根源。
人类进步、经济发展、工业化程度越来越高,大量燃烧矿物能源导致大气中二氧化碳和稀有气体（如CH4、氮氧化合物、氯氟烃化合物等）有害气体逐年增加。
如大气中CO2的浓度从上世纪中叶到现在递增了10%左右;
氟烃气体在排放的温室气体中己占到20%以上。
CH4含量已达六亿多吨,比300年前高出一倍多。
这些气体具有强烈吸收地面辐射的能力,形成“温室效应”,造成低层大气增温。
第二,改变地表状况。
人类盲目开荒,过度放牧、滥砍森林,造成了地表植被的严重破坏。
当前全世界森林正在以600万-800万公顷的速度递减,森林急剧减少不仅使大片土地开始荒漠化,而且削弱了光合作用,导致大气中温室气体CO2的有增无减,从而间接的起到了增温的作用。
第三,释放大量的废热。
自然状态下,大气中热量收支基本是平衡的,其均温保持稳定,而人类活动却破坏了这一平衡。
化石燃料所产生的各种温室气体和大量人为热排放到大气中,日积月累,气温就会因此而升高。
根据熵增的原理,人类的一切工业生产活动都是不可逆的过程,其中产生的废热也是难以再回收利用的,并且这一部分热量就是造成系统熵增的那部分废热。
3温室效应的影响
3.1对气候变化的影响
温室效应使全球温度逐年升高。
目前全球平均温度比1000年前上升了0.3~0.6℃。
而在此前一万年间,地球的平均温度变化不超过2℃。
联合国机构还预测,由于能源需求不断增加,到2050年,全球平均气温将上升1.5~4.5℃。
地球气候反常,海洋风暴增多。
如2008年我国就出现了罕见的雪灾,2O个省份受到不同程度的低温、雨雪、冰冻灾害的影响。
五百年一遇的热带风暴“纳尔吉斯”5月初重创缅甸,风灾共夺走逾13万条人命。
几乎全球所有地域都遭到气候反常的不同程度的影响[6]。
全球降雨量重新分配,引起洪涝灾害、干旱和沙漠面积的不断增大。
如果二氧化碳的浓度达到目前的2倍将会导致两种后果:
一是大气中水蒸气含量增加;
二是低气压的频度和范围会发生变化,从而引起降雨量发生变化。
这就意味这部分地区会暴雨成灾,洪水泛滥。
像北美的中部、中国的南部、地中海沿岸地区等地区,另一方面会出现严重缺水的危险,如亚热带地区降雨量减少[7]。
此外,温度的升高会增加水分的蒸发,这对地面上水源的运作带来了压力。
3.2海平面升高
如果地球表面温度按现在的速度持续升高,有两种过程会导致海平面升高:
第一种是海水受热膨胀令海平面上升;
第二种是冰川和南极洲上的冰块溶解使海洋水份增加。
最新预测研究结果显示,到2100年,地球的平均海平面上升幅度介乎0.15~0.95m。
海水将淹没农田,盐水入侵将污染淡水资源,海平面上升将使洪泛和风暴潮灾害增多,改变海岸线和海岸生态系统,直接威胁沿海地区以及广大岛屿国家人民的生存环境及社会经济发展[8]。
3.3对生物多样性的影响
由于气温持续升高,北温带和南温带气候区将向两极扩展,气候的变化必然导致物种迁移。
许多物种似乎不能以高的迁移速度跟上现今气候的迅速变化。
所以,许多分布局限或扩散能力差的物种在迁移过程中无疑会走向灭绝。
只有分布范围广泛,容易扩散的种类才能在新的生境中建立自己的群落。
湿地和珊瑚礁是生物多样性丰富的生态系统,然而它们也会受到气候变暖的威胁。
温度升高会使高山冰川融化和南极冰层收缩。
在未来的50~100年中,海平面将升高0.15~0.95m,甚至更高。
海平面的升高会淹没沿海地区的湿地群落,同样会对珊瑚产生极大危害,由此将导致大量的珊瑚沉没以致死亡。
3.4对农业的影响
农业可能是受全球变暖影响最大的部门。
由于温度升高,旱涝加剧、水资源短缺,改变植物、农作物的分布及生长力,并加快生长速度,造成土壤贫瘠,作物生长将受到限制,使许多地区作物减产,还间接破坏生态环境,改变生态平衡。
比如年平均气温每升高1℃,农业气候带将北移100mm。
但是,温度愈高,生长期愈长,害虫繁殖愈快,也容易成灾,增加了控制的难度。
暖冬也破坏了植物原有的生态平衡,使农作物减产。
3.5对人类健康的影响
气候变暖将对人类健康造成直接或间接的影响。
研究认为,气温与人的死亡率之间呈U型关系,最低死亡率处于16~25℃的温度范围内。
在过冷和过热条件下的死亡率都将增加。
同时,气温增加,“城市热岛”效应和空气污染更为显著,给许多疾病的繁殖、传播提供了适宜的温床,一些热带流行的疾病如痢疾、血吸虫病等向北传播,增加了防病治病的难度。
全球气温变暖,将导致极端气候事件的增加,1999年入夏以来,我国江南南部的梅汛,华北部分地区酷热以及美国东北部,俄罗斯中西部接连出现热浪等,这些都会打破人类的生活规律。
改变人类的生活习惯。
同时气候变暖,危害人类健康的病菌传播范围将扩大,繁殖速度将加快,一些灭绝的传染性疾病将会死灰复燃甚至大范围传播。
4应对措施
气候变暖,恶果严重,引起气候变暖的原因是多方面的。
但人为原因是首要的。
那就要首先从人为因素入手来控制。
4.1针对二氧化碳的措施
4.1.1二氧化碳的捕集技术
2007年,联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）第四次评估报告认为,全球变暖有90%是人类活动所造成的,其中,CO2对全球变暖的贡献率高达76%[9]。
可见,减少CO
排放是缓解全球气候变暖最有效的途径。
因此,研究CO2的
2
捕集分离,对于控制和减少温室气体的排放,应对温室效应、全球变暖问题具有重要意义。
二氧化碳的捕集和储存是利用是利用吸附、吸收、低温及膜系统等工艺技术将废气中的二氧化碳捕集下来,并进行长期或永久性的储存。
一般而言,有三种基本的二氧化碳捕捉路线[10],即燃烧后脱碳燃烧前脱碳和富氧燃烧技术。
其中,燃烧前捕捉技术只能用于新建发电厂,而另两种技术则可同时应用于新建和已有发电厂[11]。
其中,燃烧后二氧化碳的收集法主要有化学溶剂吸收法、吸附法、膜分离、深冷分离和微藻生物固定化等方法。
吸收法主要应用于化学和石油工业的二氧化碳捕捉体系。
吸收分离技术是利用吸收剂溶液对含有CO2的混合气体进行洗涤,从而达到分离CO2的技术。
按
照吸收途径的不同,可分为物理吸收法和化学吸收法。
物理吸收是利用物理溶解的方法对CO2进行吸收。
其优点是吸收效果好,能耗低,分离回收率高,适合CO2含量较高的烟气。
缺点是选择性较低,处理成本较高。
常用的吸收剂有甲醇、碳酸丙烯酯（PC）、N-甲基吡咯烷酮（NMP）、聚乙二醇二甲醚（DMPE）、N-甲酰吗啉等。
物理吸收决定于吸收条件下的温度和压力,高温低压有利于其吸收。
化学吸收法是指利用吸收剂对混合气体中CO2进行化学反应,形成一种联结性较弱的中间化合物,经过加热该中间化合物使CO2解析,从而使吸收剂再生的方法。
常用的吸收剂有一乙醇胺（MEA）、二乙醇胺（DEA）、三乙醇胺（TEA）、氨水、二甘醇胺、甲基二乙醇胺（MEDA）和二异丙醇胺（ADIP）等。
气态如烟道气的化学吸收决定于其和溶剂的酸碱中和反应。
吸附分离技术是利用固体吸附剂对混合气体中CO2的选择可逆吸附作用来进行捕集分离CO2的技术。
吸附分离CO2的方法可分为物理吸附法和化学吸附法两种。
物理吸附法主要利用固态吸附剂对混合气体中的CO2的选择性可逆吸附作用来分离回收CO2。
该吸附法可采用变压吸附（PSA）、变温吸附（TSA）和真空吸附（VSA）3种方式。
常用的吸附剂有沸石、活性氧化铝、硅胶和活性炭等。
化学吸附法是将含有CO2的混合气通过吸附塔,利用与吸附剂接触的方式达到去除CO2的目的。
因为没有溶液参与,所以化学吸附法也称为干法,以固体材料吸附或化学反应来分离与回收混合气中的CO2组分。
该方法的主要优点是工艺流程较为简单、对CO2的去除效率高、对CO2的选择吸附性较好。
常见的吸附剂有介孔分子筛、沸石及活性炭等,其中以介孔分子筛吸附最具有代表性。
因为其具有比表面大、孔径大小可调节和孔壁表面硅羟基较多等优点,所以对其进行胺基功能化,可大大提高其对CO2的吸附效率和吸附容量[12]。
目前,开发碳纤维复合吸附剂的二氧化碳捕捉是非常有前途的它是一个干燥过程,不同于传统的溶剂过程。
膜分离技术主要是利用混合气体中CO2气体与膜材料之间的物理或者化学反应来进行选择性吸收与分离的技术。
其原理主要是使得CO2气体能快速溶解于吸收液并通过分离膜或吸收膜快速传递,从而达到吸收气体在膜的一侧浓度降低,而在另一侧富集的目的。
只有烟气中的二氧化碳的浓度高于10%以上,膜技术用于烟气脱碳才有竞争力。
深冷分离工艺基于冷却和冷凝的分离原理。
这种方法适用于含有高二氧化碳浓度的气体捕获。
它目前并未应用于具有较低二氧化碳浓度的气体上,如那些典型的发电厂产生的烟道气这一技术也需要大量的分离能源。
脱碳除了物理化学方法之外,使用藻类,细菌和植物的生物方法也被采纳。
二氧化碳在光生物反应器的微藻生物固定化的脱碳方面最近获得了再次关注,光照不足,会限制微生物的生长,因此会减少碳的脱除化学自养微生物使用无机化学品代替光能进行脱碳已成功得到试用。
4.1.2二氧化碳的利用
4.1.2.1合成可降解塑料
普通的塑料原料,如聚乙烯、聚丙烯等聚合物是以烃为单体合成的,而二氧化碳基聚合物则是以烃和二氧化碳为原料共聚而成,其中二氧化碳含量占31%~50%,与常规聚合物相比,对烃及上游原料石油的消耗大大减少。
利用此技术生产的降解塑料,不仅将工业废气二氧化碳制成了对环境友好的可降解塑料,而且避免了传统塑料产品对环境的二次污染[13]。
4.1.2.2生产碳基肥料
（1）开发复合碳基钾肥、碳基氮肥、碳基磷肥。
一般碳基可溶性化肥都能作为养分被植物吸收,肥料利用率高于非碳基化肥。
碳基钾肥有碳酸钾、碳酸氢钾、钾碳铵等无机钾肥以及乙酰丙酸钾、柠檬酸钾等有机（酸）钾肥。
碳基钾肥除了供应钾元素以外,还可以提供大量的二氧化碳营养,它的成品最后是白色的结晶体,可以替代我国农民目前使用最广泛的钾-氯化钾。
不论从环境保护角度,还足作物营养需要,碳基钾肥应是钾肥发展的方向。
（2）开发饱和的二氧化碳水溶液肥料在阳光强烈、无风时喷施或滴灌、渗灌均可,如果将此水溶液加入适量的钾、镁元素,可以进一步促进光合作用的进行,效果更好。
滴灌、渗灌的二氧化碳水溶液进入土壤以后,与土壤中的矿物质结合,形成更为丰富的营养溶液,利于植物生长发育。
4.1.2.3用于地下开采
二氧化碳作为油田注入剂,可有效地驱油和提高石油的采油率;
也可用于注入地下难于开采的煤层,使煤层气化,获得化工所需的合成气体等。
4.1.2.4用于实验室
在实验室里,“干冰”与乙醚等易挥发液体混合,可以提供-77℃左右的低温浴;
同时国外普遍利用二氧化碳进行食品、饮料、油料、香料、药物等加工萃取。
4.1.2.5为工业服务
在轻工业上,生产碳酸饮料、啤酒、汽水等都需要二氧化碳。
除此还可以用于有机合成各种化工原料,除了成熟的化工利用以外也可以生产甲醛、加氢合成二甲醚[14]、或者利用环氧丙烷、二氧化碳和甲醇催化合成碳酸二甲酯[15]等,现在又研究成功了许多新的工艺方法,例如合成甲酸及其衍生物,合成天然气、乙烯、丙烯等低级烃类,合成甲醇、壬醇、草酸及其衍生物、丙酯及芳烃的烷基化,合成高分子单体及进行二元或三元共聚,制成了一系列高分子材料等,另外,利用二氧化碳代替传统的农药作杀虫剂,也在研究之中。
在工业上二氧化碳是很好的致冷剂。
它不仅冷却速度快,操作性能好,不浸湿产品,不会造成二次污染,而且投资少,人力省。
利用二氧化碳保护电弧焊接,既可避免金属表面氧化,又提高焊接速度。
4.1.2.6为农业服务
作为一种廉价的原料二氧化碳在农业上可用于蔬菜、瓜果的保鲜贮藏,在现代化仓库里常充入二氧化碳,用二氧化碳贮藏的食品由于缺氧和二氧化碳本身的抑制作用,可有效地防止食品中细菌、霉菌、虫子生长,避免变质和有害健康的过氧化物产生,并能保鲜和维持食品原有的风味和营养成分,二氧化碳不会造成谷物中药物残留和大气污染。
用二氧化碳通入大米仓库24h,能使99%的虫子死亡,延长了粮食和蔬菜的保存期。
把二氧化碳引入蔬菜温室直接施用二氧化碳作肥料,利用植物根部吸收二氧化碳,可以增进植物的光合作用,能增加蔬菜的生长速度,缩短其生长周期,促进农作物生长,增加产量,提高温室的经济效益。
固态的二氧化碳即“干冰”,主要用作致冷剂,用飞机在高空喷撒“干冰”,可以使空气中水蒸气冷凝,形成人工降雨,能解决久旱无雨,庄稼失收的问题[16]。
4.1.2.7用于医疗
CO2是人体呼吸的有效刺激因素,它通过对人体外化学感受器的刺激,兴奋呼吸中抠。
如果一个人长时间吸入纯氧,体内二氧化碳浓度过低,可导致呼吸停止。
因此,临床上把5%二氧化碳与95%氧气的混合气体应用于一氧化碳中毒、
溺水、休克、碱中毒的治疗和麻醉上的应用。
4.1.2.8用作清洗剂
超临界CO2可以用为一种清洗剂清除半导体晶片上的光刻胶,可对光学零件、电子器件、精密机械零件进行清洗。
液态CO2可用于衣物的干洗,以取代能致癌和污染地下水的传统全氯乙烯干洗剂,在美国用液态CO2的干洗机已很普遍。
4.2其它方面的措施
4.2.1控制废气、废热的排放量
因“温室效应“导致气候变暖的二氧化碳和稀有气体是人类燃烧矿物燃料时释放出来的,控制气候变暖就要减少这些气体的排放。
如通过对生产设备的改进和更新减少氛氟烃的使用降低矿物燃料的利用。
转换能源利用形式,提高能源利用率,降低能耗是控制废热释放的有效手段,如实现煤炭的液化和汽化。
推广沼气等。
4.2.2开发利用新的能源
在当前科学技术高度发达的情况下。
我们不能只是停留在对煤炭和石油的广泛利用上。
要逐步调整能源结构,开发利用无污染的能源。
如分布极广的太阳能,安全可靠的核能,清洁卫生的风能、海洋能,分解水后产生的聚变能。
开发利用这些新能源,不仅可以缓解全球能源供求矛盾,而且是人类对付“温室效应”,根本性手段。
4.2.3保护森林加强绿化
“温室效应”,的克星当属森林植被,因为森林植被通过光合作用,可以吸收大量的二氧化碳,是储存二氧化碳的大型仓库。
制止森林的滥砍滥伐,提高森林的搜盖率是控制“温室效应”,危害的战略性措施。
同时还要加强湿地保护。
4.2.4加大科技投入
首要的是提高能源的生产效率和使用效率。
采取措施促进节能技术的进一步开发及普及,扩大新能源利用的可能性,推进物资再循环,延长产品寿命,完善公共交通体系等;
改善能源结构。
主要措施是扩大天然气、液化石油气的使用比例,开发煤层气资源,既可以减少甲烷排放所引起的温室气体增加,又可以替代
煤炭等高含碳燃料,减少碳排放。
4.2.5改变人类自身的生产生活方式
气候变暖在很大程度上是由人类盲目的生产和生活方式造成的,所以必须改变那种肆意破坏环境的生产和生活方式。
人类长期对自然的肆无忌惮的掠夺性开发利用和破坏的结果加剧了气候的变化。
要因地制宜,改变和调整现有的生产和生活方式,摒弃不合理的,落后的生产方式,积极引进先进的生产生活方式以使人类活动对环境的影响降到最低。
4.2.6进一步加强国际间的合作
全球气候变暖是基于地球作为一个系统整体来考虑的,所以还需加强国际合作,共同对付很大程度上由人类自身造成的这种生态困境。
建立有关法规和政策,约束人类的破坏活动,建立国家间和国际间的法律,确保国际环境良性发展。
5结语
温室效应是人类共同面临的问题,对地表自然环境和人文社会环境正在产生深刻的影响。
世界各国政府、国际组织和区域组织等已经意识到气候变暖问题的严重性和紧迫性,陆续制定各种政策、签署多个协议和采取多项措施以控制全球变暖之势。
但是,有效地控制和减缓气候变暖是一项十分艰巨的重大课题,需要世界各国的共同努力,任何一个国家单独是不能扭转这种局面的。
通过研究,提出以下几点建议:
第一,要求世界各国特别是工业化国家节约能源,提高能源效率。
第二,加大科研投入,研究用清洁能源代替化石燃料和将二氧化碳回收利用的新方法。
第三,保护森林,防止森林火灾,限制森林砍伐,植树造林。
第四,限制向大气层排放氟氯化碳、甲烷、臭氧、氮氧化物、氯化物等强烈的温室效应气体。
禁止在电冰箱、空调器和气溶胶中使用含氯氟烃这种最强烈的温室效应气体,可减少温室效应20%。
第四,增强人们的环保意识,如尽量节约用电（发电烧煤）,少开汽车,减少使用一次性方便木筷、节约纸张（造纸用木材）、不践踏草坪等行动来保护绿色植物,使之多吸收二氧化碳来帮助减缓温室效应。
第五,其它一切有益措施,如筹资金,建立机构,制定规划和政策法规,限制人口增长速度,推广无害化工产品和新技术等等。
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