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第六章大气污染生态学武青1032011224003污染物对大气生态系统的影响大气圈大气组成：主要由氮、氧、氩和二氧化碳等组成。还有少量臭氧。从地球表面10–25km形成臭氧层，可以大量吸收太阳的紫外线。还有水气、其它液体已经固体杂质。大气圈的结构：根据大气温度的垂直分布，可将大气分为对流层、平流层、中间层、暖层、散逸层等五层。其中对流层受人类活动影响显著，云、雾、雨雪等主要气候现象都发生在对流层；平流层包含臭氧层。大气生态系统及其污染大气生态系统污染：人类活动排除的污染物扩散到大气中，改变了自然空气的理化性质，并直接对人体、动植物和微生物产生影响，或者改变气候影响到生命生长和发育。进入大气中的有害成分统称为大气污染物。城市和工业区上空的空气污染较严重。大气污染源：自然污染源：火山喷发、森林大火、土壤风化等产生的沙尘、二氧化硫、一氧化碳等。人为污染源：工业排放、汽车排放、家庭炉灶排放等。有可分为点源、面源、线源等。主要大气污染物气溶胶状态污染物：烟：一般指冶金过程中形成的固体粒子的气溶胶。是熔融物挥发后生成的气态物质的冷凝物，生成过程伴随着氧化过程。烟粒子直径为0.1-1微米。粉尘：指悬浮在气体中的小固体颗粒，受重力作用可发生沉降，但在一定时间内能保持悬浮状态。粉尘粒子直径为1-100微米。飞灰：燃烧过程产生的烟气排除的分散得很细的无机灰分。黑烟：燃料燃烧过程产生的能见气溶胶，是不完全燃烧的产物。雾：气体中液滴悬浮体的总称。主要大气污染物气体状态污染物：碳氧化物：一氧化碳和二氧化碳等，二氧化碳可引起温湿效应硫氧化物：二氧化硫等碳氢化合物：许多多环芳烃类对人体和其它动物有害。碳氢化合物可促进光化学烟雾的形成。氮氧化物：一氧化氮、二氧化氮等二氧化氮可参与光化学烟雾的形成。大气污染与气象的关系风对污染物的影响风向：影响污染物的水平扩散方向。风速：影响污染物稀释作用的强弱。大气中最大污染物浓度常出现在静风或微风的地方。湍流大气中风速、方向的无规则变化或摆动称为大气湍流。污染物在大气中的稀释主要是靠湍流扩散来进行的。地方性风场海陆风：海（湖）风和陆风的总称，发生在海（湖）和陆地交界地带，是日为周期。白天水体吸收热量而升温比陆地的慢，陆地上热而轻的空气上升，由水域上的空气流向陆地补充，形成海风；夜间陆地降温比水体的快，水面空气上升，陆面空气流向水域补充，形成陆风。山谷风：发生在山区，以日为周期。白天山坡吸收太阳光升温比山谷快，气流沿山坡上升，形成谷风；夜间山坡降温比山谷的快，冷空气顺着山坡流向山谷，形成山风。地方性风场城市热岛：城市建筑、地面白天吸收大量的太阳辐射能，夜间释放缓慢，低层空气冷却慢；而城市上空具有温室效应的气体和烟雾，使地面有效辐射减弱。这样导致城市的热量净收入比周围地区多，平均气温高于周围地区，形成城市热岛。城市热岛可使周围地区的空气流向城市即城市热岛环流，可将周围工业区的污染物带入城区，造成严重污染。边界层温度逆温：在边界层中由于气象和地形等条件的影响，有时会出现气温会随着高度升高反而上升的现象。逆温层又可称为阻挡层。世界上一些重要的事件的发生都与逆温层的形成有关，如洛山矶光化学烟雾事件，伦敦烟雾事件等。降水：各种形式的降水可将大气中的污染物清洗到地球表面。表明降水可以净化空气。大气污染生态效应大气污染对植物的影响急性危害：高浓度下短时间内便产生的危害。如高浓度SO2。慢性危害：低浓度污染物长期影响下造成的危害。如低浓度SO2的危害。不可见危害：在低浓度污染物长期影响下，植物外表不出现受害症状，但植物体内的生理机能受到影响，产量下降，品质变劣。间接危害：降低植物对病虫和逆境的抵抗能力。剂量：污染物的浓度和接触时间的联合作用。临界剂量：污染物引起植物伤害的最低剂量。大气污染对动物的影响直接危害：动物直接吸入含有污染物空气引起死亡。如一些工厂周围的树木死光。间接危害：大气中的污染物沉降到土壤和水体后，通过植物富集进入食物链引起动物死亡。如铜矿冶炼厂排放出含砷的废气污染周围的牧草，牲畜食用后引起死亡。粉尘污染的空气能使动物体质变弱。大气污染对人体的影响进入体内的途径：•呼吸道：是最重要的途径因为肺泡的表面积大，而且血管丰富，吸收的量大。•皮肤上的毛孔•食物•饮水危害：急性中毒；慢性中毒；致癌作用。大气污染对一些金属制品、建筑物、油漆涂料、纺织品、橡胶制品、皮革制品等产生危害。烟雾的生态效应伦敦烟雾1952年12月5-8日，由于低温、高湿并存在逆温，使大气中的污染物扩散受阻地面空气中的烟尘浓度达到4.46mg/L，是平常的10倍，二氧化硫是平常的6倍，导致许多市民感到胸闷、并有咳嗽、喉痛、呕吐等症状发生，许多人发生呼吸系统疾病，4天内有4000人死亡，过后一个月仍有8000人死亡。成因：气象和气候条件：存在逆温现象。空气中含有烟尘、雾、二氧化硫等存在。光化学烟雾由工厂、汽车等排放的烃类化合物和氮氧化合物等一次污染物，在阳光的作用下发生光化学反应，生成臭氧、醛、酮、过氧乙酸硝酸酯（PAN）等二次污染物，这一次污染物和二次污染物的混合物形成的烟雾污染现象。如洛山矶在1943-1967年多次发生这种危害，使人和动物的眼睛、黏膜、呼吸系统受到伤害，影响植物的生长等。成因：气象和气候条件：存在太阳辐射，大气相对湿度较低。空气中含有烃类化合物和氮氧化和物等存在，如早晨繁忙的交通。。马斯河谷烟雾事件1930年比利时马斯河谷工业区。在这个狭窄的河谷里有炼油厂、金属厂、玻璃厂等许多工厂。12月1日到5日的几天里，河谷上空出现了很强的逆温层，致使13个大烟囱排出的烟尘无法扩散，大量有害气体积累在近地大气层，对人体造成严重伤害。一周内有60多人丧生，其中心脏病、肺病患者死亡率最高，许多牲畜死亡。这是20纪最早记录的公害事件。印度博帕尔事件1984年12月3日，美国联合碳化公司在印度博帕尔市的农药厂因管理混乱，操作不当，致使地下储罐内剧毒的甲基异氰酸脂因压力升高而爆炸外泄。45吨毒气形成一股浓密的烟雾，以每小时5000米的速度袭击了博帕尔市区。死亡近两万人，受害20多万人，5万人失明，孕妇流产或产下死婴，受害面积40平方公里，数千头牲畜被毒死。多诺拉烟雾事件1948年美国的宾夕法尼亚州多诺拉城有许多大型炼铁厂、炼锌厂和硫酸厂。1948年10月26日清晨，大雾弥漫，受反气旋和逆温控制，工厂排出的有害气体扩散不出去，全城14000人中有6000人眼痛、喉咙痛、头痛胸闷、呕吐、腹泻。17人死亡。酸雨的生态效应酸雨的形成酸雨：是pH值小于5.6的酸性大气降水，包括雨、雪、冰雹、露、霜及雾等。空气中二氧化碳的浓度621mg/m3，此时被二氧化碳饱和的雨水的pH值为5.6，所以清洁的大气降水通常呈弱酸性。成因：气象和气候条件：降水。空气中含有二氧化硫和氮氧化物存在，在雨水中分别形成硫酸和硝酸等强酸。酸雨的生态效应湖泊酸化：酸雨是湖泊酸化的主要原因。可使水中的鱼类减少，其原因是受到酸冲击、及影响鱼类产卵。植物受害：降低植物产量、使森林生态系统衰退。土壤酸化建筑物受到腐蚀危害人类健康臭氧层破坏臭氧是大气中的微量气体之一，主要集中在平流层20-25km的高空。它能吸收90%的紫外线，降低到达地球的紫外线剂量。另外，臭氧吸收太阳热量，使地球表面至10km高空的对流层大气稳定。臭氧层破坏的原因：排放到大气中的CFCs等不断增加是破坏臭氧层的主要因素。CFCs是多种含氯、氟烷烃类衍生物的总称。CFCs是优良的制冷剂、发泡剂、喷雾剂、清洁剂。另外，氮氧化合物也能破坏臭氧层：飞机在平流层中飞时排放，氮肥施用均能增加大气中的氮氧化合物。臭氧层破坏的生态效应：生物学影响：增加皮肤癌的发病率；损害人的免疫系统；影响植物的生长发育；可杀死海洋中的浮游生物，破坏海洋生态系统。气候学的影响温室效应概念：地球表面的大气层允许短波辐射直接透过，而吸收大部分的长波辐射，并且一以逆辐射的形式把热量传给地球使地表不因长波辐射而大副下降。将大气层对地面的这种温度保护作用称为大气的温室效应。温室气体：二氧化碳：是大气中浓度最大的温室气体。在工业革命以前，大气的二氧化碳浓度稳定在280ppm，而到1994年后，其浓度达到358ppm。1个ppm相当于大气中含有7.8Gt的碳（每个G为10亿吨）。甲烷：是大气中浓度最大的有机气体。甲烷主要来自沼泽、稻田、牲畜反刍，其中稻田是重要来源。NO2：是大气中的高效温室气体。主要来自土壤的反硝化作用和交通排放。卤素炭化物：主要来自烟雾喷射剂、制冷剂、泡沫发生剂、溶剂、灭火剂。温室效应的危害：海平面上升：海水升温膨胀和极地冰川融化使海平面上升，陆地被淹没。气候带移动：温度带和降水带的移动，森林将遭到严重破坏。台风、高温、干旱和洪水等各种灾害频繁发生。对农业生产的影响：二氧化碳浓度升高能够提高作物产量，但一些地方由于温度高，干旱加剧导致产量大副下降，同时温度高病虫害容易流行。对人类健康的影响：温度高病原菌活动频繁，人易患病。北极因气候变暖首次变成孤岛:1979年的卫星照片显示，用粉色标注的北极冰层与加拿大北部（在左边）和俄罗斯（在右边）相联。2008年的卫星照片显示，西北通道（左边圆圈）和东北通道（右上方）都已无冰块。(中国网)卫星图片显示今年北极融冰范围相对去年(红线范围)扩大许多。北冰洋中的北极熊，为登上日渐缩小的冰面，可能会精疲力竭而死。图瓦卢50年后沉入海底海浪轻松给全岛“洗澡”北极圈里的爱斯基摩人看着不断融化的冰川，高兴得手舞足蹈，因为冰川下沉睡了数千万年的石油、矿产将会带给他们更加富裕的明天；而远隔数万公里的图瓦卢人，却越来越日夜难眠，北极不断融化的冰川就像一个个巨型炸弹，随时都会将他们轰入海底永远再难见蓝天。大潮期间被海水淹没的图瓦卢沙尘暴扬沙、沙尘暴与浮尘：扬沙和沙尘暴都是有本地或附近尘沙被风吹到空中形成的，其共同特点是能见度下降，天空浑浊，一片黄色。多发生在干旱的春季。所不同的是，扬沙时风较大，能见度为1-10m，而沙尘暴发生时风很大，能见度为1m。浮尘：由于远地或本地发生沙尘暴或扬尘后，尘沙等细粒浮游在空中形成的。风：冷风活动频繁，大风持续出现。全球变暖：导致我国北方、西北地区降水减少，利于沙尘暴的发生。植被破坏成因：气温：气温明显比常年的升高。降水：春季干旱少水时容易发生。