温室气体的种类和作用上课讲义
成绩
题目：温室气体的种类与作用
学生姓名武泽华
学号2010116121
院系城市与环境学院
专业环境科学
年级2010级
温室气体的种类和作用
摘要：温室效应是目前全球性的环境问题。本文介绍了温室气体的种类和相关作用，分析了温室效应的主要生态影响，并探讨了温室效应的措施。温室效应除了要提高能效、减少使用化石燃料、开发利用无污染能源、保护森林资源、增加植被面积、减少沙漠化、控制人口增加和国际合作外，还要减少二氧化碳的排放：积极研究开发二氧化碳的新应用技术，达到变废为宝。
关键词：温室气体温室效应控制对策措施
导言：当今，环境问题已经达到一个世界性的问题，不论是发展中国家还是发达国家，都已经认识到其重要性，并且几乎都开展了这方面的研究。在诸多的环境问题中，气候变暖是显著的问题之一。由于人类大量使用煤、石油、天然气等矿物燃料、大量砍伐森林、开垦荒地，使大气中温室气体的含量不断上升，温室效应对气候的影响日益明显。相对于水污染、放射性元素污染和土壤污染，温室效应对全球的影响是缓慢的、不易察觉的，但是它将对世界社会政治稳定及生态环境产生巨大的影响。
一温室气体的种类
温室气体指的是大气中能吸收地面反射的太阳辐射，并重新发射的一些气体，如水蒸气、二氧化碳、大部分制冷剂等，他们的作用是地球表面变得更加温暖，类似于温室截留太阳辐射，并加热温室内空气的作用。水汽，二氧化碳，氧化亚氮，甲烷，臭氧等是地球大气中主要的温室气体。
1二氧化碳
大气中的二氧化碳是植物光合作用合成碳水化合物的原料，它的增加可以增加光合产物，无疑对农业生产有利。同时，它又是具有温室效应的气体，对地球热量平衡有重要的影响，因此它的增加又通过气候变化而影响农业，此外，大气中具有温室效应的气体还有甲烷、氯氟烃、一氧化碳、臭氧等，总的温室效应中二氧化碳的作用约占一半，其余为以上各种微量气体的作用
二氧化碳浓度有逐年增加的趋势，50年代其质量分数年平均值约315×10（-6），70年代初已增加至325×10（-6），目前已超过345×10（-6），平均每年增加1.0~1.2×10（-6），或每年约以0.3%的速度增长。综合多数测定结果，在工业革命以前的二氧化碳质量分数为275×10（-6）。
大气中二氧化碳浓度增加的主要原因是工业化以后大量开采使用矿物燃料。1860年以来，由燃烧矿物质燃料排放的二氧化碳，平均每年增长率为4.22%，而近30年各种燃料的总排放量每年达到50亿吨左右。
大气中二氧化碳增加的另一个主要原因是采伐树木作燃料。森林原是大气碳循环中的一个主要的“库”，每平方米面积的森林可以同化1~2kg的二氧化碳。砍伐森林则把原本是二氧化碳的“库”变成了又一个向大气排放二氧化碳的“源”。据世界粮农组织（FAO,1982）估计，70年代末期每年约采伐木材24亿立方米，其中约有一半作为燃柴烧掉，由此造成的二氧化碳质量分数增加量每年可达0.4×10（-6）左右。
2甲烷
甲烷是在缺氧环境中由产甲烷细菌或生物体腐败产生的。大气中甲烷增加很快，1975年来上升了1060pph,而且还在继续增长。目前约一半的多一点的CH4排放是人为的，如化石燃料使用，家畜饲养，水稻种植和垃圾填埋等。此外，一氧化碳排放也被认为是导致甲烷增加的一个原因。
3氧化亚氮
氧化亚氮它在大气层中的存在寿命是150年左右，尽管在对流层中是化学惰性的，但是可以利用太阳辐射的光解作用在同温层中将其中的90%分解，剩下的10%可以和活跃的原子氧O反应而消耗掉。即使如此大气层中的N2O仍以每年0.5－3Tg的速度净增。目前三分之一的氧化亚氮排放是人为的，排放源主要有农业土壤，家畜饲养和化学工业等。
4卤烃
20世纪以前，合成的卤烃化合物（CFC S,、HCFC s、HFC S、PFC S和哈龙）在大气中并不存在，他们完全来自于认为排放。此外CF4是一个例外，它是一种PFC化合物，但在冰芯中检测到很低的浓度，表明其天然源小。
5对流层臭氧
对流层臭氧由大气光化学反应产生和破坏。1750年来，对流层臭氧总量增加了36﹪。这主要是因为人为排放的一些前体化合物如甲烷，氮氧化物，一氧化碳等工业化排放的增加，破坏了原有的光化学反应的平衡，导致对流层臭氧浓度上升。另外，平流层可以向对流层输送臭氧。
根据以上综合分析，如果按现在二氧化碳等温室气体浓度的增加幅度，到21世纪30年代，二氧化碳和其它温室气体增加的总效应将相当于工业化前二氧化碳浓度加倍的水平，可引起全球气温上升1.5－4.5℃超过人类历史上发生过的升温幅度。由于气温升高，两极冰盖可能缩小，融化的雪水可使海平面上升20~140cm，对海岸城市会有严重的直接影响。
二温室气体的作用
温室气体的主要作用是导致温室效应。
进入地表附近的太阳光被吸收，该能量被大气、海洋和陆地再分配；受热的地球表面以更长的波长再辐射返回太空。然而在返回途中，一些辐射被大气辐射活性气体（温室气体）所吸收。被温室气体所吸收的能量想各个方向再发射，可以向上也可以向下，其中向下的能量回到地面。这样的结果是，存在温室气体时比不存在温室气体时由地球表面返回到太空的热量要小，因而地球表面逐渐变热。这种现象就是大气中发生的温室效应。于是在地球、太空、大气之间建立了一种持续的、动态的热交换过程，达到稳态。它使地球的平均温度维持相对的稳定，有助于地球上生命的存在。如果大气层没有将地球辐射出的热量反射回地面，那么热量直接损失到太空，地球将变为冰球。现在的地球平均温度约为15℃，比根据地球到太阳的距离的温度高约33℃（如果地球到到太阳的距离是唯一的决定因素，那么地球的平均温度约为－18℃），比外层的空间温度更高。
自然的温室效应对保持地球的可居住性是必需的，但是大气中的温室气体浓度的增高，可能导致大于81％的辐射能量返回地球，致使地球的平均温度上升，这就是“增强的温室效应”。在过去的100年里，人类活动导致大气中温室气体的浓度增高。虽然水蒸汽是大气中最丰富的温室气体，但是人类活动产生的水增强的温室效应的影响与自然界排放的相比（如海洋表面的蒸发等）可忽略。因此，直接受人类活动影响的主要温室气体是
CO
2、CH
4、
碳的氟氯化合物和大气对流层的臭氧等。
导致全球平均温度变化的原因是非常复杂的，最可能是由于轨道效应
和地球上的某些因素（大气层的反射、云层的覆盖、空气尘埃的漂移、CO
2
和CH
4
的浓度变化等）的变化决定的。轨道效应是指地球到太阳的距离以及
太阳照射地球的角度变化引起的温度变化等。但是，实际温度变化的幅度大于轨道效应所引起的变化。因此，必须引入可能引起增强温室效应的其他过程来解释温度的变化。
科学家利用极地深层冰芯来重建古气候资料，通过对冰中所埋的许多
小的空气气泡成分的分析可以给出那个时期的大气状况，如CO
2、CH
4
等气体
的以及从火山或地表产生的尘粒。下图展示了南极洲东部俄罗斯东方火山站历时20年深至冰芯2.5KM取得的研究结果，洞底的冰就是过去16万年的大气温度变化（据估计全球温度变化是极地变化量级的一半）以及大气
中CO
2和CH
4
的浓度。观察气候记录中的大气温度与CO
2
和CH
4
等浓度的强相
关关系，暗示了一种CO
2和CH
4
等变化通过温室效应影响大气温度的反馈作
用。CO
2
等的浓度高，则地球的平均温度高。
随着研究的进一步深入，越来越多的实验证据暗示了人类活动产生的二氧化碳是最近地球变暖的原因，因为人类活动——现代化工业社会过多燃烧煤炭、石油和天然气，大量排放尾气等产生的二氧化碳几乎一半留在大气中，另一方面由于森林乱砍乱伐，大量农田建成城市和工厂，破坏了植被，减少了将二氧化碳转化为有机物的条件，再加上地表水域逐渐缩小，降水量大大降低，减少了吸收溶解二氧化碳的条件，破坏了二氧化碳生成与转化的动态平衡，就使大气中的二氧化碳含量逐年增加。。
三温室效应的影响
1 海平面上升。海平面上升，对沿海城市、岛屿的影响最大。有学者估计，近百年来随全球气候增温0.6℃，全球海平面大约上升了10－15cm。有的学者认为全球气温到下一个世纪可能升高1.5－4℃，则海平面上升0.8－1.8cm。如果这样，菲律宾的马拉尼的大部分位于1m深的海水下，而印尼雅加达的330
玩居民需要撤离市区。
2 气候变化。大部分地区温度升高，全球降雨量增加，台风、飓风更加频繁、更加强大。科学家预言，如果热带地区温度升高2-3℃，则海洋表面温度的升高将引起台风能量增加，并向高纬度地区发展。
3 对生物多样性的影响。全球气候的变化必然给生物圈造成多种冲击，生物群落的纬度分布和生物带都会发生变化，很有可能有部分动植物会处于濒临灭绝的境地。
4 对人类的影响。地球增温使得气候反复多变，洪涝干旱增加。造成农作物歉收、病害虫流行、水资源匮乏。
四对温室效应的防治措施
1减少温室气体的排放。二氧化碳作为主要的温室气体，是由难以计算的自然和人为的排放源产生的，它在大气中的停留周期可以超过100年，其分布非常均匀，而且潜在的危害作用也是全球性的。因此，控制、减少二氧化碳气体的排放是一件功在当代，利在千秋的大事。发展中国家一方面要发展国民经济，提高国家经济实力，务必会加大对温室气体的排放；另一方面由于科学技术落后．对温室气体的处理能力较差，使得近年来地球上温室气体含量呈快速增长趋势。因此，发达国家既出于帮助他国，也为了自己利益应毫无保留地尽快向发展
中国家转让其先进的减排技术是全球温室气体减排的基本点。
2 提高能效，减少使用化石燃料。采用替代能源，提高能效可显著减少二氧化碳的排放，现在人类使用的化石燃料约占能源使用总量的90％，开采化石燃料，扰动了地层中原有元素的埋藏方式，通过燃烧使之成为可活动因子，是温室气体排放的重要来源，所占份额最大。世界能源消费结构是：石油约占能源的40％，煤占30％，天然气占20％，核能占6.5％。寻找替代能源，开发利用生物能、太阳能、水能、地热能、潮汐能、风能和安全使用核能等，可显著减少温室气体排放来那个。
3 提高生物圈生产力与海洋吸收量。限制森林砍伐和提高森林生产力可增加固碳量。据统计，全球由于人类活动已损失约 2.0×109hm2森林，以平均hm2森林含碳量100t计，则损失储碳能力达200Gt。如恢复已损失森林面积的20％～30％就完全可以解决全球大气二氧化碳浓度增长的问题。海洋通过生物、化学、流动和沉积等过程不问断地吸收大气中的二氧化碳，年吸收速率为1.2～2.8Gt，并运输、储存于海底或转换成其他含碳物质。加速浅层海水与深层海水问的交换，有利于提高海洋的二氧化碳吸收量。
4 保护森林，减少气候变化的危害。就减少气候变化的危害来说，森林趁着双重作用，森林的燃烧和砍伐，使更多的二氧化碳排入大气。要保护好森林，因为它能够吸收空气中的二氧化碳。
5 使用新的能源。有效使用人类目前尚未使用过的能源，也是防止地球变暖一个有效的方法。如人们开始利用风、海涛、地下热量、太阳光、垃圾焚烧等产生的能量发电。利用细菌将废水分解，产生甲烷，通过燃烧这种气体发电。利用太阳光从甘蔗、红薯等制作酒精，将其用于汽车燃料，这种方法在巴西等地已应用。目前，人们开始尝试将地下水河流中地热能用于楼房取暖及降温。人们更多地使用垃圾燃烧热能取暖、降温，同时利用太阳能的热水器也在增多。
6 研究开发二氧化碳的新应用技术，变废为宝。采用吸收法、吸附法、膜分离法以及吸收一膜分离联合法等方法可以分离回收燃烧排气中的二氧化碳，随着科学技术的发展和新兴学科的兴起，人类在积极研究开发二氧化碳在工业、农业、生物合成、能源等方面的用途，从而达到变废为宝的目的。
7 加强政府行为与国际合作。加强政府部门或国际组织的调控作用，是减缓
温室效应的重要措施。1997月年12，150 多个联合国气候变化公约签字国又在日本京都召开了气候会议，最后签署了《京都议定书》，目标是在 2008 年至2012 年间，将发达国家二氧化碳等 6 种温室气体的排放量在 1990 年的基础上平均削减5.2％。在国际合作中，发达国家应控制或降低温室气体的排放,而发展中国家，应改善能源结构和采取生物调节等对策来解决。全球环境问题的解决是一项长期而严峻的任务，需要全世界每一个国家每一个地区乃至每一个人的参与，离开政府行为和国际合作的支持，不可能实现全球范围内温室效应的有序减缓。
总结人类活动造成的大气中温室气体浓度的急剧增加以及由此引起的全球气候明显的变化,已成为全球变化中最主要和最直接的变化，而且已经对人类社会的各个方面产生重要的影响。温室效应问题位列全球问题之首，其危害巨大，波及全球，如何避免全球变暖的任务已摆在当今人类面前。随着科学技术的不断发展，人们对温室气体浓度变化与气候变化的相互关系会有更加清晰的认识，只要我们人类共同努力，共同关心地球，积极研究控制温室效应的新措施，全球气温变暖问题是可以得到解决的。
参考文献：
[1]刘兆荣，陈忠明等主编.环境化学教程[M].北京：化学工业出版社.2003,15-96.
[2]叶文虎.环境管理学[M].北京：高等教育出版社。2000,212－216.