环境化学-2010-第1章-环境介质及其性质(1)

本课件作者本课件的配套教材陈景文博士、教授大连理工大学电话/传真：[phone]电子邮件：[e-mail]欢迎批评指正！普通高等教育“十一五”国家级规划教材高等学校理工科环境类规划教材环境化学EnvironmentalChemistry陈景文、全燮编著大连理工大学出版社出版地址：大连市软件园路80号，邮编：116023发行：0411-84708842，传真：[phone]，邮购：0411-84703636E-mail:[e-mail],URL:内容第一节地球环境(GlobalEnvironment)第二节大气圈(Atmosphere)第三节水圈(Hydrosphere)第四节土壤圈(Pedosphere)第五节环境污染(EnvironmentalPollution)内容第一节地球环境(GlobalEnvironment)一、自然环境二、环境介质一、自然环境环境化学的研究对象：自然环境。自然环境是人类赖以生存、生活和生产所必需的自然条件和自然资源的总体，亦简称为环境。大气圈、水圈、土壤圈、生物圈、化学圈化学圈一、自然环境生物圈Biosphere水圈Hydrosphere大气圈Atmosphere土壤圈Pedosphere化学圈Chemosphere二、环境介质(相)环境介质(EnvironmentalMedia),相(Phase，Compartment)环境的组成非常复杂，由一系列彼此相连的环境介质或环境相来组成，如大气、土壤、湖泊、河流、海洋、湖底沉积物、湖中悬浮物及水或土壤中的生物体等。连续的介质或相：水、大气...非连续的介质或相：大气颗粒物…相邻的环境介质或相：水体－大气(污染物迁移)、...非相邻的环境介质或相：大气－水体沉积物…二、环境介质(相)容易受到污染的介质或相：表层水、大气...不容易受到污染的介质或相：深海、岩石层…均相：如浅塘中充分混合的水，无浓度梯度、温度梯度；非均相：性质不均一(如土壤、沉积物)某一方向均一(如浅的河流)所有方向都不均一内容第二节大气圈(Atmosphere)一、大气温度层结二、大气颗粒物三、臭氧层的形成与耗损四、温室气体和温室效应一、大气温度层结1.大气圈(Atmosphere)干洁空气(Air)：N2(78.09%),O2(20.95%)，CO2(0.02-0.04%),Ar(Argon,0.93%)水蒸汽、水滴：云、雨、雷、电颗粒物、气溶胶：一薄层覆盖地球表面的混合气体组成。Theatmosphereconsistsofthethinlayerofmixedgasescoveringtheearth’ssurface.气相环境浓度单位EnvironmentalConcentrationUnitsforGasesPartsPerMillion(ppm,106);PartsPerBillion(ppb,109);PartsPerTrillion(ppt,1012)PartsPerHundredMillion(pphm,108)Inordertoemphasizethattheconcentrationscaleisbaseduponmoleculesorvolumesratherthanuponmass,av(forvolume)issometimesshownaspartoftheunit,e.g.,100ppmvor100ppmv.1mg/L浓度的硝基苯水溶液相当于1ppm，在空气中1mg/L的硝基苯也相当于1ppm吗？一、大气温度层结decimeter(dm);centimeter(cm);millimeter(mm);micrometer(µm)(测微计、千分尺、微米)；nanometer(nm);angstrom(Å);liter(L);milliliter(mL);microlitre(µL)mono-,di-,tri-,tetra-,penta-,hexa-,hepta-,octa-,nona-,deca-,poly-小知识一、大气温度层结一、大气温度层结静大气温度和密度在垂直方向上的分布。地球的旋转作用各层次大气对太阳辐射吸收差异2.大气温度层结StratificationoftheAtmosphere大气温度的垂直分布热层中间层顶中间层平流层顶对流层顶平流层对流层100806040200160200240280T(K)Z(km)一、大气温度层结大气密度的垂直分布0.8020481216Z(km)00.20.40.61.0ρ0/ρ0sO3+hvO+O2200-300nm,300-360nmλmax=254nmO+O2+MO3+M，热量一、大气温度层结对流层Troposphere高度为11~12米，温度变化特点是：通常0.6K/100m；气体垂直运动激烈；含有大气全部质量的3/4和几乎全部水气，复杂的天气现象(15℃~-56℃)。平流层Stratosphere高度为12～50km；温度随高度的增高而递增；垂直对流少，大气稳定，(-56℃~-2℃)。中间层Mesosphere高度为48～78km；气温随高度的增加而降低；空气运动激烈(meso-)一、大气温度层结SealevelMajorregionsoftheatmosphere(nottoscale)..............EarthStratosphereN2,O2H2O,CO2TroposphereMesosphereThermosphereO310-16km50km85km500km15℃-56℃-2℃-92℃1200℃O3+hv(220nm-330nm)→O2+OO2+,NO+IncomingSolarradiation[O][O2]O2+,O+,NO+1200km,[O]=[O2]Highenergyultraviolet:λ100nm,Penetrationto～1200kmInfrared,visible,andultraviolet:λ330nm,penetrationtoEearth’ssurfaceUltraviolet:λ200-330nm,penetrationto～50km热层(电离层)Thermosphere高度为80～800km；温度随高度增加而迅速上升；散逸层Exosphere800km以上，空气非常稀薄二、大气颗粒物大气：各种固体或液体均匀地分散在空气中形成的一个庞大的分散体系，也是气溶胶体系。大气颗粒物组成成分有机物无机物状态有生命无生命固态液态1.大气颗粒物的分类气溶胶体系中分散的各种粒子称为大气颗粒物。(atmosphericparticles,particulates)二、大气颗粒物2.大气颗粒物的来源天然来源：地面扬尘、海浪溅出的浪沫、火山灰、森林火灾、宇宙陨星尘埃、花粉、孢子人为来源：一次颗粒物：直接由污染源排放的二次颗粒物：大气中的某些污染组分之间或这些组分与大气成分之间发生反应而产生的颗粒物燃料燃烧煤烟、飞灰(FlyAsh)、气态污染物生成机制：二、大气颗粒物smoken.烟；抽烟vi.冒烟粉末dust，powderashn.灰；灰烬，灰堆fogn.雾,烟雾,尘雾困惑,迷惘(灭火机等喷出的)喷雾,泡沫Londonhasbadfogsinwinter.伦敦在冬季有大雾。二、大气颗粒物3.颗粒物的粒径和表面性质粒度：粒径(直径)的大小；有效直径空气动力学直径(Dp)：与所研究粒子有相同终端落速度的、密度为1的球体直径。；球状时，—形状系数，当粒子为—）—参考密度（—粒密度；—忽略了浮力效应的颗——几何直径；—0.1;g/cm1300pg0pgpKKDKDD成核作用粘合吸着颗粒物的粒径分类(1)总悬浮颗粒物：用标准大容量颗粒采样器在滤膜上所收集到的颗粒物的总质量，通常称为总悬浮颗粒物。用TSP表示。其粒径多在100μm以下，尤以10μm以下的为最多。(2)飘尘：可在大气中长期漂浮的悬浮物称为飘尘。其粒径主要是小于10μm的颗粒物。(3)降尘：能用采样罐采集到的大气颗粒物。在总悬浮颗粒物中一般直径大于10μm的粒子由于自身的重力作用会很快沉降下来。这部分颗粒物称为降尘。(4)可吸入粒子：易于通过呼吸过程而进入呼吸道的粒子。目前国际标准化组织(ISO)建议将其定为Dp≤10μm。我国科学工作者已采用了这个建议。二、大气颗粒物Particulatematter(PM)isthegeneraltermusedforamixtureofsolidparticlesandliquiddroplets（液滴）foundintheair.Someparticlesarelargeordarkenoughtobeseenassoot(煤烟)orsmoke.Othersaresosmalltheycanbedetected（检测））onlywithanelectronmicroscope.Theseparticles,whichcomeinawiderangeofsizes(“fineparticles”arelessthan2.5micrometersindiameter（直径）andcoarser-sizeparticles（粗颗粒）arelargerthan2.5micrometers),originatefrom（发源于）manydifferentstationary（固定的）andmobile（易变的）sourcesaswellasfromnaturalsources.Fineparticles（细小微粒）(PM-2.5)resultfromfuelcombustion（燃烧）,motorvehicles（机动车辆）,powergeneration,andindustrialfacilities（工业设施）,aswellasfromresidentialfireplaces（壁炉）andwoodstoves.二、大气颗粒物InhalablePMincludesbothfineandcoarseparticles.Theseparticlescanaccumulateintherespiratorysystemandareassociatedwithnumerous（许多）healtheffects.Exposuretocoarseparticlesisprimarilyassociatedwiththeaggravationofrespiratoryconditions,suchasasthma.Fineparticlesaremostcloselyassociatedwithsuchhealtheffectsasincreasedhospitaladmissions（承认）andemergencyroomvisitsforheartandlungdisease,andincreasedrespiratorysymptoms.HealthandEnvironmentalEffects二、大气颗粒物三、臭氧层的形成与耗损FIGURE1.TheAntarcticozoneholereacheditsmaximumonSeptember12,2008.Environ.Sci.Technol.2010,44,1518–1520O2+hvO+O(λ243nm)2O+2O2+M2O3+M臭氧的形成(天然)3O2+hv2O3臭氧层主要分布在距地面10-50km的范围内，峰值浓度在20-25km处。NO2+hvNO+O(λ420nm)O+O2+MO3+M臭氧形成：人为来源之一logελ(nm)43210-1-2-3-4120160200240O2吸收光谱三、臭氧层的形成与耗损动态平衡：生成和耗损的速率相