第五章 大气环境的污染与保护

第五章  大气环境的污染与保护

   天高气爽，白云朵朵，极目云天，令人心旷神怡。在那无边的天空，有五彩缤纷的霞光，亦有眩目的闪电，貫耳的惊雷，有时风雨交加，有时又日丽风和。千百年来人们不断探索着它的秘密，但至今仍如法国诗人弗拉马利翁所说：“你以为一切都发现了吗？真是荒谬无比，这无异于把无限的天边，当作了世界的尽头。”在这里，我们不打算对这苍穹中的一切品头论足。我们只从环境的角度来了解一下我们头顶上这层看不见，摸不着却又与我们一直亲密接触的物质。

就整个环境而言，大气是环境介质的组成部分之一，是人类和动植物摄取氧气的源泉，是植物所需二氧化碳的贮存库，它也是环境中能量流转的重要环节。可以说，它是环境中能量流动的通道和载体。没有大气，就没有生物，没有今天的世界。

一、大气与大气污染

大气往往又叫空气，它围绕在地球周围，总厚度约达1000公里。据统计，整个大气的重量约为610吨，95%集中在地表面上空的对流层中。空气与人和动物的关系极为密切。一个成年人每天大约呼吸1万公升的空气，重量相当于13.6公斤，比食入的食物还重10倍。因此，空气的质量直接影响人体健康和动植物生长状况。

为了评价空气的质量，首先必须了解空气的基本组成。空气的成分很复杂，即使未受污染的干燥空气也含有几十种不同的物质（如：含O 2  21%,N2  78%,CO2  0.03%,稀有气体0.03%......）。而污染的空气就更复杂了。由于人类活动，特别是近代科学技术突飞猛进，工业蓬勃兴起，工厂林立，各种废气昼夜不停地排放到空气中，因而大气中增加了许多前所未有的物质。例如，发电厂、炼油厂、农药化肥及化工等工厂以及汽车、火车、飞机、船舶等交通工具和千家万户的家庭取暖做饭，都需要燃烧大量煤或石油产品，碳氧化物、硫氧化物，成分复杂的飘尘粒子，逸出各种挥发性物质，如氯气、氟化氢、苯、胺类物质。如此大量和种类繁多的化学物质排放到大气中，就改变了大气原来固有的化学成分，造成了大气污染。

二、大气臭氧层

众所周知，我们周围的空气是以氮气和氧气为主的气体组成的，它们围绕在地球周围，形成一个薄薄的“气壳”。在这个壳的外层，气体的组成与壳的内层不同，那里所含的臭氧最多，因而称做臭氧层。

当太阳光射到地球上时，其光线中的紫外线大部分被臭氧层吸收。臭氧层犹如一个巨大的过滤网，将阳光中有害的紫外线全部滤除。地球上的生物就是在这样一个天然屏障的保护下得以生存和繁衍。

但是，生命赖以生存的这层屏障目前却面临被破坏的危险。现代工业和交通运输及家用冰箱制冷过程中排放的某些废物如二氯二氟甲烷，氮氧化合物等都与臭氧发生作用，消耗臭氧层中的臭氧。特别是现代航空所用的巨型喷气机，在高空飞行时，能将污染物直接排放到臭氧层中，因此破坏程度更大。

臭氧层中的臭氧减少，将对地球上的生物产生不良影响。据统计，臭氧减少10%，地球上不同地区的紫外辐射量将增加19～20%，由此引起的皮肤癌将增加15～25%。由此可见，大气上层这一薄层臭氧有多么重要的作用！

三、二氧化碳增加与气候影响

目前，大气中二氧化碳的浓度在不断增加，这可能影响全球气候。而人类的活动，是大气中二氧化碳含量不断上升的主要原因。科学家们分析，如果大气中的二氧化碳不断增加，会导致整个地球气候变暖。地球上平均气温升高，可能给人类带来不安的后果，如冰川融化，海平面上升；荒漠扩大，土地侵蚀严重；旱涝灾害严重等。那么大气中二氧化碳的增加为什么会导致气温升高呢？这就是人们称之为“温室效应”导致的后果。

我们知道，太阳光穿透空气源源不断地给地球输入能量，地球大气层和地面吸收了大量的太阳能，使地面变暖。同时地球以红外线的能量传播形式向外散发能量。偏偏红外线不能透过二氧化碳，这样在靠近地表的大气层中的二氧化碳就骑着如同温室玻璃的作用，阳光可以射进温室，但热量却散发不出去，这种作用最终使地表附近温度升高。

当今工业迅速发展，需要越来越多的能源。然而传统的石油、煤、天然气等能源都是靠燃烧产生热量，再转化成其他形式的能，而燃烧则要释放出二氧化碳。再加上人口的急剧增加，那些能帮助吸收二氧化碳的植被又在被大量的砍伐，短短二百年二氧化碳的浓度增加了25%地区平均气温上升了0.5℃.

人类已意识到了问题的严重性，联合国大会也号召国际社会“为当代和后代人类保护气候”而努力。首先应通过各种途径减少矿物能源总消耗，尽量采用太阳能、核能、水能和风能，以减少二氧化碳的排放。其次，在发展工业生产时，要积极治理大气污染，研究把二氧化碳转化为其他物质的技术。最后要保护好现有森林，并大力植树造林，是大气中的二氧化碳通过植物的光合作用转化为营养物质。

四、大气中的一氧化碳

一氧化碳是无色无嗅的有毒气体。大气中的一氧化碳主要来自于燃料的不完全燃烧，大量的煤和石油产品的燃烧是造成大气中一氧化碳含量增加的主要原因。例如，每燃烧一吨工业锅炉用煤，大约可产生1.4公斤一氧化碳;1吨冬季取暖用煤大约可产生20公斤以上的一氧化碳；汽车废气中含有2.7～15%的一氧化碳，一辆行驶中的汽车，每小时可以产生一氧化碳1～1.5公斤左右；在炼钢转炉的烟气中约含有25%的一氧化碳，据估计，全球范围内，由于人类活动所产生的一氧化碳约有2.4亿吨/年左右。

平常所说的煤气中毒主要就是吸入过量的一氧化碳造成的。由于一氧化碳与血红蛋白的亲和力比氧气大二百多倍，因此吸入一氧化碳后，一氧化碳会优先与血红蛋白结合，生成羰血红蛋白，而使血红蛋白失去了输氧能力。

在燃料消耗巨大的城市里，空气中一氧化碳的含量亦较高，因而人摄入的也相应较高。有报道说，生活在闹市区，一般城区和郊区的人，体内羰血红蛋白的含量分别为0.8%、0.7%和0.6%。在高速公路上驱车90分钟，人体内的血红蛋白可由1%上升到5.1%。值得指出的是，吸烟者吸入的一氧化碳远高于不吸烟者，尤其是吸过滤嘴香烟的人，吸入焦油的量少了，但吸入一氧化碳大量增加了。

五、大气飘尘与二氧化硫

大气中弥漫着固体状态和液体状态的颗粒物。这些颗粒物成分复杂，形态万千，它们是大气系统的重要组成成员。通常，人们将大气中这些长久悬浮的颗粒叫“大气飘尘”。最常见的烟和雾就是大气飘尘。一般大气飘尘粒子的粒径大约为0.1～10微米。如果颗粒物的粒径大于10微粒，由于重力作用能很快降落到地面，故叫“降尘”。而飘尘却能在大气中作长时间的漂浮运动。

大气中的飘尘粒子随着呼吸作用被吸入呼吸道后，就沉积在呼吸道上。沉积在鼻咽部和支气管的飘尘颗粒，往往通过纤毛的作用而移向咽部，约在几小时内被吞咽而进入胃内。胃则从飘尘颗粒物摄取附着于其上的有毒物质（如铅、镉、砷、硒、亚硝胺等）。一般颗粒物在胃中停留的时间并不长，但是，吸附在肺泡上的颗粒物，却可停留几个星期，甚至可停留数年。因此，肺从可吸入颗粒物上摄取有毒物质的效率要比胃高得多。据统计，全世界工业城市人群中的肺癌患病率近来普遍上升，这与大气中颗粒物的污染密切相关。

此外，空气中的重要污染物还有二氧化硫。大气中的大量二氧化硫同样主要来自于煤的燃烧。煤炭燃烧排出的二氧化硫在空气中被氧化，进而与水蒸气结合生成硫酸酸雾不但易形成酸雨腐蚀建筑古迹，破坏森林河岳，而且还会对人类健康产生重大影响。当空气中的二氧化硫浓度达到3ppm时，就有了特殊的刺激气味，ppm时，人就会感到难受。二氧化硫能使人产生支气管炎收缩而痉挛，引起和加重呼吸系统和心血管的疾病。