環(huán)境化學(xué)：第2章 大氣環(huán)境化學(xué)1

1、第二章 大氣環(huán)境化學(xué)（Atmospheric Environmental Chemistry）第二章 大氣環(huán)境化學(xué)掌握： 大氣污染物發(fā)生的遷移過(guò)程； 污染物參與光化學(xué)煙霧和硫酸型煙霧的形成過(guò)程和機(jī)理理解： 大氣的層結(jié)結(jié)構(gòu)、大氣污染物及大氣運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律； 酸雨、溫室效應(yīng)及臭氧層破壞的機(jī)理第二章 大氣環(huán)境化學(xué)第一節(jié) 大氣的組成及其主要污染物第二節(jié) 大氣中污染物的遷移第三節(jié) 大氣中污染物的轉(zhuǎn)化第四節(jié) 大氣顆粒物第一節(jié) 大氣的組成及其主要污染物本節(jié)要點(diǎn) 大氣的主要成分 大氣層的結(jié)構(gòu) 大氣中的主要污染物思考題：什么是大氣溫度層結(jié)？什么是氣溫垂直遞減率？ 1.1 大氣的組成 大氣主要由氮、氧和幾種惰性氣

2、體組成，它們約占大氣總量的99.9%以上。除氣體外，大氣中還懸浮著大量固體和液體顆粒。 按照停留時(shí)間的長(zhǎng)短，大氣組分可分為三類：準(zhǔn)永久氣體：N2、Ar、Ne、Kr、Xe；可變組分：CO2、CH4、H2、N2O、O3、O2 強(qiáng)可變組分：H2O、CO、NO、NH3、SO2、碳?xì)浠衔?HC)、顆粒物、H2S 主要來(lái)自人為源，其次是天然源 可變組分和強(qiáng)可變組分在大氣中停留時(shí)間短，有可能參與平流層或?qū)α鲗又械幕瘜W(xué)變化，它們?cè)诖髿庵械臅r(shí)空分布受地域的影響，在不同地區(qū)或高度，其分布往往有很大的不同。如冶煉廠、火力電廠所在地上空的大氣中含煙塵、SO2、NOx等強(qiáng)可變組分較多 ；在化工區(qū)周圍的大氣中含有較多的

3、無(wú)機(jī)或有機(jī)物質(zhì)；當(dāng)這些物質(zhì)在大氣中達(dá)到一定濃度時(shí)，就有可能產(chǎn)生局部的大氣污染。 成云致雨的必要條件（凝結(jié)核） 主要 成分 次要 成分 水 汽 固體雜質(zhì)生物體的基本成分維持生物活動(dòng)的必要物質(zhì) 植物光合作用的原料；對(duì)地面保溫吸收紫外線，使地球上的生物免遭過(guò)量紫外線的傷害 成云致雨的必要條件；對(duì)地面保溫大氣組成主 要 作 用 干 潔 空 氣 O3 N2 O2 CO2大氣各成分的作用沒(méi)有空氣就沒(méi)有生命空氣是生命的支柱，它為人類及動(dòng)物提供呼吸所需要的O2。一般成年人每天需要吸入13kg（10m3）的空氣。為植物的光合作用提供CO2，合成碳水化合物，提供人類和動(dòng)物的食物。大氣中的氮通過(guò)不同形式的固氮作用以

4、及一系列復(fù)雜的生物化學(xué)反應(yīng)，轉(zhuǎn)變?yōu)樯豢扇鄙俚陌被?。空氣作用大氣在以太?yáng)為能源的龐大的蒸餾室中起冷凝器的作用，形成降雨，從而把水從海洋輸送到陸地，為陸地生物提供了必要的生活條件。大氣還吸收來(lái)自外層空間的宇宙射線和來(lái)自太陽(yáng)的大部分電磁輻射，濾掉了波長(zhǎng)小于290納米的紫外輻射，使地球上的生物免受其傷害。1.2.1 大氣質(zhì)量在鉛直方向的分布 大氣質(zhì)量在鉛直方向的分布是極不均勻的。高度h(km)5123080質(zhì)量W(%)50909999.9991.2 大氣層的結(jié)構(gòu)(Atmospheric Structure)大氣質(zhì)量隨高度的變化 把靜大氣的溫度和密度在垂直方向上的分布，稱為大氣溫度層結(jié)和大氣密度層

5、結(jié)。 根據(jù)大氣的溫度層結(jié)、密度層結(jié)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律，可將大氣劃分為1.2.2 大氣溫度層結(jié)和大氣密度層結(jié)（lonosphere）逸散層熱層（thermsphere）中間層（mesosphere)平流層（stratosphere）對(duì)流層(troposphere) 對(duì)流層是大氣的底層，其平均厚度為12km。 該層內(nèi)氣溫隨高度的增加而降低，因?yàn)閷?duì)流層內(nèi)大氣的重要熱源是來(lái)自地面的長(zhǎng)波輻射。大氣垂直遞減率：隨高度升高氣溫的降低率，通常用下式表示： = -dT/dz式中：T：絕對(duì)溫度，K； z：高度。 在對(duì)流層中，平均dT/dz0且0. 6K/100m。 1. 對(duì)流層 (troposphere) 此式表征大氣溫

6、度層結(jié)每升高100m，氣溫降低0.62005年國(guó)家測(cè)繪局公布珠峰新高程為8844.43米 大氣中絕大多數(shù)天氣現(xiàn)象都發(fā)生在對(duì)流層中。 這一層內(nèi)含有全部大氣質(zhì)量3/4的大氣和幾乎所有的水汽，加之空氣的運(yùn)動(dòng)會(huì)造成風(fēng)、雨、雷電和冷暖轉(zhuǎn)變等復(fù)雜的天氣現(xiàn)象，對(duì)天氣分析和預(yù)報(bào)具有重要意義。 從污染源排放出的污染物幾乎都直接進(jìn)入對(duì)流層，因而這些污染物的遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程也主要發(fā)生在這一層內(nèi)。垂直對(duì)流垂直對(duì)流斗笠云旗云環(huán)狀云2. 平流層（stratosphere） 高度：1750km。 溫度：在3035km以下的低層，隨高度的增加氣溫保持不變或稍有上升。從3035km開(kāi)始，氣溫隨高度的增加而升高。到平流層頂時(shí)，溫度可

7、接近0。 在15-60km高度范圍內(nèi)存在一臭氧層，厚約20km左右。臭氧分子能夠吸收來(lái)自太陽(yáng)的紫外輻射而分解為氧原子和氧分子，當(dāng)它們又重新化合為臭氧分子時(shí)，便可釋放出大量的熱能，這就是平流層溫度升高的原因。 平流層內(nèi)由于上熱下冷，空氣垂直對(duì)流運(yùn)動(dòng)很小，只能隨地球自轉(zhuǎn)而產(chǎn)生平流運(yùn)動(dòng)。 污染物進(jìn)入平流層后，它會(huì)由此而形成一薄層，使污染物遍布全球。 平流層內(nèi)水汽和塵埃都很少，幾乎沒(méi)有云、雨等天氣現(xiàn)象出現(xiàn)。大氣透明度也很好，現(xiàn)代超高速飛機(jī)多在平流層底部飛行，既平穩(wěn)又安全。然而飛機(jī)排放出來(lái)的廢物可破壞臭氧層，因而成了人們關(guān)注的全球性的問(wèn)題。3. 中間層（mesosphere） 高度：5080km溫度：氣

8、溫隨高度的增加而降低。頂部可達(dá)-92左右。垂直溫度分布特征與對(duì)流層相似。由于層內(nèi)熱源僅靠其下部的平流層提供，因而下熱上冷，故空氣垂直運(yùn)動(dòng)相當(dāng)強(qiáng)烈。夜光云高度： 80-500km。溫度：溫度隨高度的增加而迅速上升。 頂部可達(dá)到1000K以上。該層內(nèi)空氣極稀薄，在太陽(yáng)紫外線和宇宙射線的輻射下，空氣處于高度電離狀態(tài)，因而熱層也可稱為電離層。4. 熱層（thermsphere）1.3 大氣中的主要污染物當(dāng)大氣中某種物質(zhì)的含量超過(guò)了正常水平而對(duì)人類和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不良影響時(shí)，就構(gòu)成了大氣污染物。大氣污染物，按物理狀態(tài)可分為氣態(tài)污染物和顆粒物，按形成過(guò)程可分為一次污染物和二次污染物。一次污染物是指直接從污染

9、源排放的污染物質(zhì)二次污染物是指由一次污染物經(jīng)化學(xué)反應(yīng)形成的污染物質(zhì)大氣污染物按化學(xué)組成可分為含硫化合物、含氮化合物、含碳化合物和含鹵素化合物（1）含硫化合物硫的氧化物，主要是二氧化硫和三氧化硫，其中大部分來(lái)自含硫化石燃料的燃燒。有色金屬冶煉廠和硫酸廠等也要排放相當(dāng)數(shù)量硫的氧化物；SO2 為無(wú)色、有刺激性氣味的氣體，對(duì)人體呼吸道危害很大，對(duì)植物也有危害；SO2成為重要的大氣污染物，由于參與硫酸煙霧和酸雨的形成；全世界每年由人為來(lái)源排入大氣的SO2約有146106t，其中約60%來(lái)自煤的燃燒，30%左右來(lái)自石油燃燒和煉制過(guò)程。大氣中的SO2約有50%會(huì)轉(zhuǎn)化形成硫酸或硫酸根，另外50%可以通過(guò)干、濕

10、沉降從大氣中消除。（2）含氮化合物氮氧化物, 是NO、N2O、NO2、N2O3、N2O5等的總稱。NO和NO2是大氣中主要的含氮污染物，人為來(lái)源主要是燃料的燃燒。燃燒源可分為移動(dòng)源和固定源。城市大氣中NOx一般有2/3來(lái)自移動(dòng)源排放，1/3來(lái)自固定源排放。燃燒主要產(chǎn)生NO，占90%以上；NO2僅占0.5%-10%。NO能與血紅蛋白結(jié)合，減弱血液輸氧能力；高濃度NO2能引起肺炎和支氣管炎，還能引起植物光合作用可逆衰減；導(dǎo)致大氣光化學(xué)煙霧重要污染物質(zhì)。大氣中的NOx最終將轉(zhuǎn)化成硝酸和硝酸鹽微粒經(jīng)濕沉降和干沉降從大氣中去除，其中濕沉降為主。（3）含碳化合物大氣中含碳化合物主要包括CO、CO2以及有機(jī)碳?xì)浠衔锖秃鯚N類，如醛、酮、酸等。CO，毒性極強(qiáng)、無(wú)色、無(wú)味、排放量大。人為來(lái)源主要是燃料不完全燃燒，包括汽車、家庭爐灶、工業(yè)燃煤鍋爐、煤氣加工等。天然來(lái)源包括甲烷的轉(zhuǎn)化、海水中CO揮發(fā)、植物排放、森林火災(zāi)和農(nóng)業(yè)廢棄物焚燒。CO主要危害在于能參與光化學(xué)煙霧形成，本身也是溫室氣體，導(dǎo)致溫室效應(yīng)。汽車行駛頻繁地區(qū)容易產(chǎn)生高濃度的一氧化碳，但是它不會(huì)在空氣中積累，一氧化碳經(jīng)過(guò)各種化學(xué)和光化學(xué)反應(yīng)，能轉(zhuǎn)化為二氧化碳，但這個(gè)反應(yīng)很緩慢。CO2，重要的溫室氣體，主要是燃料燃燒的產(chǎn)物碳?xì)浠衔?，光化學(xué)煙霧的主要參與者 大氣中含鹵素化合物主要是指有機(jī)的鹵代烴和