改变大气化学组成与气候效应 大气化学如何影响环境和气候

导语：改变大气化学组成与气候效应是什么？大家都知道大气层是地球保护伞，它不仅为生命提供氧气，还调节着气候。在大气层中，氧气、氮气、二氧化碳等各种气体相互交织，形成了一个复杂而又奇妙的化学组成。然而，随着工业化和人类活动的不断扩张，大气中的化学成分也在发生着不可逆转的变化，下面就去看看大气化学如何影响环境和气候吧！

改变大气化学组成与气候效应

气候

工农业生产排入大量废气、微尘等污染物质进入大气，主要有CO2)、甲烷(CH4)、一氧化二氮(N2O)和氟氯烃化合物(CFCs)等。据确凿的观测事实证明，近数十年来大气中这些气体的含量都在急剧增加，而平流层的臭氧O3总量则明显下降。如前所述，这些气体都具有明显的温室效应。在波长9500毫微米(μm)及12500—17000μm有两个强的吸收带，这就是O3及CO2的吸收带。特别是CO2的吸收带，吸收了大约70—90%的红外长波辐射。地气系统向外长波辐射主要集中在7000—13000μm波长范围内，这个波段被称为大气窗。

上述CH4、N2O、CFCs等气体在此大气窗内均各有其吸收带，这些温室气体在大气中浓度的增加必然对气候变化起着重要作用。

大气中CO2浓度在工业化之前很长一段时间里大致稳定在约(280±10)×10-3ml/L，但在近几十年来增长速度甚快，至1990年已增至345×10-3ml/L(见表8·6)，90年代以后，增长速度更大。给出美国哈威夷马纳洛亚站(MannaLoa)1959—1993年实测值的逐年变化。大气中CO2浓度急剧增加的原因，主要是由于大量燃烧化石燃料和大量砍伐森林所造成的。据研究排放入大气中的CO2有一部分(约有50%上下)为海洋所吸收，另有一部分被森林吸收变成固态生物体，贮存于自然界，但由于目前森林大量被毁，致使森林不但减少了对大气中CO2的吸收，而且由于被毁森林的燃烧和腐烂，更增加大量的CO2排放至大气中。

目前，对未来CO2的增加有多种不同的估计，如按现在CO2的排放水平计算，在2025年大气中CO2浓度为4.25×10-3mL/L为工业化前的1.55倍。甲烷(CH4沼气)是另一种重要的温室气体。它主要由水稻田、反刍动物、沼泽地和生物体的燃烧而排放入大气。在距今200年以前直到11万年前，CH4含量均稳定于0.75—0.80×10-3mL/L近年来增长很快。1950年CH4含量已增加到1.25×10-3mL/L，1990年为1.72×10-3mL/L。Dlugokencky等根据全球23个陆地定点测站和太平洋上14个不同纬度的船舶观测站观测记录，估算出近10年来全球逐年CH4在大气中混合比(M)的变化值。

根据目前增长率外延，大气中CH4含量将在公元2000年达2.0×10-3mL/L，一氧化二氮(N2O)向大气排放量与农面积增加和施放氮肥有关。平流层超音速飞行也可产生N2O。在工业化前大气中N2O含量约为2.85×10-3mL/L。1985年和1990年分别增加到3.05×10-3mL/L和3.10×10-3mL/L。考虑今后排放，预计到2030年大气中N2O含量可能增加到3.50×10-3—4.50×10-3mL/L之间，N2O除了引起全球增暖外，还可通过光化学作用在平流层引起臭平氧O2离解，破坏臭氧层。

制冷

氟氯烃化合物(CFCs)是制冷工业(如)、喷雾剂和发泡剂中的主要原料。此族的某些化合物如氟里昂11(CCl2F2.CFC11)和氟里昂12(CCl2F2.CFC12)是具有强烈增温效应的温室气体。近年来还认为它是破坏平流层臭氧的主要因子，因而限制CFC11和CFC12生产已成为国际上突出的问题。在制冷工业发展前，大气中本没有这种气体成分。CFC11在1945年、CFC12在1935年开始有工业排放。到1980年，对流层低层CFC11含量约为168×10-3mL/L而CFC12为285×10-3mL/L，到1990年则分别增至280×10-3mL/L和484×10-3mL/L，其增长是十分迅速的。给出CFC12近数十年来的变化形势，其未来含量的变化取决于今后的限制情况。根据专门的观测和计算大气中主要温室气体的浓度年增量和在大气中衰变的时间。

可见除CO2外，其它温室气体在大气中的含量皆极微，所以称为微量气体。但它们的增温效应极强④，而且年增量大，在大气中衰变时间长，其影响甚巨。臭氧(O3)也是一种温室气体，它受自然因子(太阳辐射中紫外辐射对高层大气氧分子进行光化学作用而生成)影响而产生，但受人类活动排放的气体破坏，如氟氯烃化合物、卤化烷化合物、N2O和CH4、CO均可破坏臭氧。其中以CFC11、CFC12起主要作用，其次是N2O。

自80年代初期以后，臭氧量急剧减少，以南极为例，最低值达-15%，北极为-5%以上，从全球而言，正常情况下振荡应在±2%之间，据1987年实测，这一年达-4%以上。从60°N—60°S间臭氧总量自1978年以来已由平均为300多普生单位减少到1987年290单位以下，亦即减少了3—4%。从垂直变化而言，以15—20km高空减少最多，对流层低层略有增加。南极臭氧减少最为突出，在南极中心附近形成一个极小区，称为“南极臭氧洞”。自1979年到1987年，臭氧极小中心最低值由270单位降到150单位，小于240单位的面积在不断扩大，表明南极臭氧洞在不断加强和扩大。在1988年其O3总量虽曾有所回升，但到1989年南极臭氧洞又有所扩大。

1994年10月4日世界气象组织发表的研究报告表明，南极洲3/4的陆地和附近海面上空的臭氧已比十年前减少了65%还要多一些①。但有资料表明对流层的臭氧却稍有增加。大气中温室气体的增加会造成气候变暖和海平面抬高。根据目前最可靠的观测值的综合，自1885以来直到1985年间的100年中，全球气温已增加0.6—0.9℃。1860年到1985年实际的气温变化(对于1985年全球年平均气温的差值)，表明全球增暖的趋势也是0.8℃左右。

地球

1985年以后全球地面气温仍在继续增加，多数学者认为是温室气体排放所造成的。列出三种不同情况温室气体的排放所产生的增温效应，从气候模式计算结果还表明此种增暖是极地大于赤道，冬季大于夏季全球气温升高的同时，海水温度也随之增加，这将使海水膨胀，导致海平面升高。再加上由于极地增暖剧烈，当大气中CO2浓度加倍后会造成极冰融化而冰界向极地萎缩，融化的水量会造成海平面抬升。实际观测资料证明，自1880年以来直到1980年，全球海平面在百年中已抬高了10—12cm。

据计算，在温室气体排放量控制在1985年排放标准情况下，全球海平面将以5.5cm/10a速度而抬高，到2030年海平面会比1985年增加20cm，2050年增加34cm，若排放不加控制，到2030年，海平面就会比1985年抬升60cm，2050年抬升150cm。温室气体增加对降水和全球生态系统都有一定影响。据气候模式计算，当大气中CO2含量加倍后，就全球讲，降水量年总量将增加7—11%，但各纬度变化不一。从总的看来，高纬度因变暖而降水增加，中纬度则因变暖后副热带干旱带北移而变干旱，副热带地区降水有所增加，低纬度因变暖而对流加强，因此降水增加。

就全球生态系统而言，因人类活动引起的增暖会导致在高纬度冰冻的苔原部分解冻，森林北界会更向极地方向发展。在中纬度将会变干，某些喜湿润温暖的森林和生物群落将逐渐被目前在副热带所见的生物群落所替代。根据预测，CO2加倍后，全球沙漠将扩大3%，林区减少11%，草地扩大11%，这是中纬度的陆地趋于干旱造成的。

温室气体中臭氧层的破坏对生态和人体健康影响甚大。臭氧减少，使到达地面的太阳辐射中的紫外辐射增加。大气中臭氧总量若减少1%，到达地面的紫外辐射会增加2%，此种紫外辐射会破坏核糖核酸(DNA)以改变遗传信息及破坏蛋白质，能杀死10m水深内的单细胞海洋浮游生物，减低渔产，以及破坏森林，减低农作物产量和质量，削弱人体免疫力、损害眼睛、增加皮肤癌等疾病。

由于人类活动排放出来的气体中还有大量硫化物、氮化物和人为尘埃，它们能造成大气污染，在一定条件下会形成“酸雨”，能使森林、鱼类、农作物及建筑物蒙受严重损失。大气中微尘的迅速增加会减弱日射，影响气温、云量(微尘中有吸湿性核)和降水。