大气污染危害及臭氧层破坏

干燥清洁空气的组成几乎是不变的，根据这个组成可以很容易地判定大气的外来污染物。根据组成成分，大气污染物可以分为颗粒物、硫的氧化物（SO2和SO3）、氮的氧化物（NO和NO2）、CO、碳氢化合物，以及氟氯代烷（常用作制冷剂，商品名为氟利昂）等。自然因素和人类活动都能产生大气污染物。

大气污染的危害是多方面的，它既危害人体健康，又影响动植物的生长，严重时会影响地球的气候。例如，形成酸雨、使全球气候变暖和破坏臭氧层等。

图9-1　干燥清洁空气的组成（体积分数）

图9-2　大气污染物的主要来源

1.酸雨

正常雨水偏酸性，pH约为5.6，这是因为大气中的CO2溶于雨水。酸雨指pH小于5.6的降水，主要是由人为排放的硫氧化物和氮氧化物等酸性气体转化而成的：

大气中的烟尘、O3等都是反应的催化剂，实际反应过程比以上方程式所表达的要复杂得多，我国主要以硫酸型酸雨为主，这是由我国以煤炭为主的能源结构造成的。

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酸雨有什么危害？如何防治酸雨？

图9-3　用大理石或石灰石制造的雕像受到酸雨的腐蚀

图9-4　在瑞典，CaCO3粉末被喷洒到受酸雨影响的湖泊中

2.臭氧层受损

自然界中的臭氧有90%集中在距地面15～50 km的大气平流层中，也就是人们通常所说的臭氧层。臭氧层中臭氧含量虽然很少，但可以吸收来自太阳的大部分紫外线，使地球上的生物免遭伤害。因此，臭氧层被称为人类和生物的保护伞。

20世纪80年代，科学家观测到南极上空的臭氧每年9～10月份急剧减少，形成了“臭氧空洞”。继南极之后，1987年，科学家又发现北极上空也出现了“臭氧空洞”。

图9-5　南极上空臭氧层的变化

关于臭氧层受损的原因，目前还存在着不同的认识。但科学家们比较一致的看法是：人类活动排入大气的某些化学物质，如氟氯代烷和含溴的卤代烷烃（灭火剂，商品名为哈龙）等与臭氧发生作用，使臭氧层受到破坏。

例如，氟氯代烷化学性质很稳定，在低层大气中基本不分解。上升到平流层以后，在紫外线的照射下分解出氯原子，参与破坏臭氧的反应：

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总反应

反应结果是O3变成了O2，Cl在其中起了催化作用。反应中一个氯原子能破坏约10万个O3，哈龙分解产生的溴原子破坏臭氧的能力更强。

此外，CCl4、CH4、喷气式飞机在高空飞行排出的氮氧化物（如N2O、NO）以及大气中的核爆炸产物等也会破坏臭氧层。

为了保护臭氧层，人类共同采取了“补天”行动：签订了《保护臭氧层维也纳公约》《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》等国际公约，要求减少并逐步停止氟氯代烷等的生产和使用。令人可喜的是，近年来观测到臭氧空洞开始缩小。我国1991年签署修正后的蒙特利尔议定书，并认真执行了议定书的规定。

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氟氯代烷的功与过

氟氯代烷是一类含有氟和氯的有机物，其中最常用的是三氯氟甲烷（分子式为CFCl3，商品名为氟利昂-11）和二氯二氟甲烷（分子式为CF2Cl2，商品名为氟利昂-12）等。

氟氯代烷在历史上曾经是有名的制冷剂。20世纪30年代以前，NH3、SO2和丙烷（C3H8）是工业和家庭电冰箱的制冷剂。但NH3和SO2有毒性、腐蚀性和刺激性，丙烷是易燃危险品。因此，急需寻找一种性质稳定、无毒、无腐蚀性、不易燃而且又容易液化的气体化合物作为制冷剂。1925年，美国化学家在元素周期律的指导下，经过两年多的实验研究，成功制得了符合上述制冷剂要求的新氟化合物CF2Cl2（沸点为-29.8℃），从此开始了氟氯代烷的研制、生产和使用。到1974年，氟氯代烷的产量和释放量达到高峰，被广泛用作制冷剂、喷雾剂、发泡剂、清洁剂等，给人类尤其是发达国家带来难以估量的利益。

然而，20世纪七八十年代，科学家认识到氟氯代烷是破坏地球生命的“保护神”——高空臭氧层的主要物质，并在21世纪初停止生产和使用。从此，氟氯代烷走上了衰亡之路。

3.温室效应与全球气候变暖

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下面列出的是有关温室效应的一些问题，请参考这些问题，并查阅有关资料，谈谈你对温室效应的看法。

你知道哪几种温室气体？请说出它们的主要来源。

●温室效应加剧对全球气候、生态环境和人类健康等会产生什么影响？

●为防止温室效应进一步加剧，人类应该采取哪些措施？就目前而言，哪些措施是切实可行的？哪些措施是不容易实行的？为什么？

●根据你学过的CO2的物理和化学性质，设想一下如何减少大气中CO2的量。

资料在线

温室气体的增温作用

表9-3为大气中温室气体的现有浓度、增长率以及对增温的作用。

表9-3　大气中温室气体的现有浓度、增长率以及对增温的作用