科普驿站 第九十五期
主题：大气污染
科目：生态
难度：A2
讲师：燕归
一、大气层的组成
今天是我第一次科普，给大家介绍一些有关大气污染及其相关治理的知识。首先我们要知道，大气层分为几层，参与过大学相关科目学习的同学应该知道，大气层可大致分为五层，具体是哪五层呢？接下来我们一一介绍。
首先是最外层的逸散层，它位于800km以上的高空（学术界对此高度标准不一，该层温度随高度增加而略有升高）。该层空气在太阳紫外线和宇宙射线的作用下，大部分分子发生电离，使质子的含量大大超过中性氢原子的含量，空气极为稀薄，其密度几乎与太空密度相同。由于空气受到的地心引力极小，气体与微粒可以被碰撞出地球重力场而进入太空逸散。
其次是热成层，位于中间层之上，上界达800km。上部由原子氧（O）组成，下部由分子氮（N2）组成。特点：气体温度随高度增加而迅速上升。
由于太阳和宇宙射线的作用，该层大部分空气分子发生电离，具有较高密度的带电粒子，又称为电离层。该层能将电磁波反射回地球，对全球的无线电通讯有重要作用。第三层是中间层，大约为从平流层50km到80km的高度，这一层称为中间层，如下图所示。
在这一层里有强烈的垂直对流运动；气温随高度增加而逐渐下降；中间层顶温度可降至-83摄氏度至-113摄氏度。再向内就是平流层，高度在30km至35km 以下时，温度随高度变化较小，气温趋于稳定（同温层）。如果是在3km至35km以上，温度随高度升高而升高（20km厚臭氧层）。特点：空气没有对流运动，以平流运动为主。空气较下层稀薄干燥，水汽、尘埃的含量甚小。大气透明度高，很难出现云、雨等天气现象。
最内层也是和人类活动最密切的一层，即对流层。对流层是大气的最低层，其厚度随纬度和季节而变化。低纬度的厚度在17-18km，中纬度的厚度在10-12km，高纬度（两极）的厚度在8-9km。
特点：
1.气温随高度升高而递减，降幅约为0.6℃/100m；在垂直方向上形成强烈对流（原因是，贴近地面的空气受地面辐射增温膨胀上升，上方的冷空气下沉）。
2.密度大，大气总质量的3/4以上集中在此层。对流层中1-2km以下称摩擦层或边界层。受地表机械、热力强烈作用的影响。亦称低层大气，大气污染物活动基本在此层。对流层中高度在1-2km以上为自由大气层。天气过程（雨、雪、雹的形成）均出现在此层。
二、大气的化学组成
大气是一种气体混合物,其中除含有各种气体元素及其化合物外 , 还有水滴, 冰晶, 尘埃和花粉等杂质。大气中除去水气和杂质的空气称为干洁空气。地球表面大气主要由氧、氮和几种惰性气体组成，这些成份占空气总量的99.9%。
大气中的稳定成份：除二氧化碳和臭氧外，其他如氧、氮、惰性气体在对流层的大气中是稳定的，甚至在平流层以至中间层的含量几乎可以认为不变。
大气中的可变成份：
1.二氧化碳（0.033%）和水蒸气（0-4%）。这些气体的含量由于受地区、季节、气象，以及人们生活和生产活动等因素的影响而变化。如：二氧化碳在大气中含量虽然较低，但被人类活动影响较大，从而引发环境问题；水蒸气—主要来自海水蒸发及蒸腾作用（土壤和植物），通过凝结降水离开大气层返回生物圈和水圈。
2.固体及液体杂质，密度约10-100mg/cm3。主要来自土壤、岩石风化、火山爆发、宇宙尘埃、花粉以及海水飞沫等，形成自然界的尘埃及凝结核。
三、大气的污染概念及原因
首先，什么是大气污染？学术上的大气污染是指大气中一些物质的含量达到有害的程度，以至破坏人和生态系统的正常运转和发展，对人体、生态和材料造成危害的现象。由于自然环境所具有的物理、化学和生物作用过程（自然净化作用），天然污染源造成的大气污染，经过一定时间后会得到恢复。在日常生活中，大气污染主要是指人类活动造成的，但大气污染决不仅仅局限于城市或工业区，污染物最终会扩散到整个大气层。
大气污染源是指向大气排放的有害物质或对大气环境产生有害影响的场所、设备和装置。根据污染物质的来源可分为天然污染源和人为污染源。
天然污染源
1.火山喷发：SO2、H2S、CO2、CO、HF及火山灰等颗粒物质。
2.森林火灾：CO、CO2、SO2、NO2、碳氢化合物等。
3.自然尘：风沙、土壤尘等（沙尘暴）
4.植物释放：萜稀类碳氢化合物等。
5.海浪飞沫：含硫酸盐和亚硫酸盐的颗粒物。
（全球氮排放中的93%，硫氧化物排放中的60%来自天然源）
人为污染源
1.燃料的燃烧，燃料种类：煤、石油、天然气；
2.工业生产过程排放：石油化工、金属冶炼等；
4.农业活动排放，农药及化肥的使用。
事实上，各个污染源造成的影响也不一样，接下来我会详细说明。
1. 燃料燃烧：煤是主要的工业和民用燃料,它的主要成分是碳,并含有氢、氧、氮、硫及金属化合物。煤燃烧时除产生大量烟尘外，在燃烧过程中还会形成一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、有机化合物等有害物质。火力发电厂、钢铁厂、焦化厂、石油化工厂和有大型锅炉的工厂、用煤量最大的工矿企业，根据工业企业性质、规模的不同，对大气产生污染的程度也不同。家庭日常生活用的炉灶,由于居住区分布广泛,密度大,排放高度又很低,再加上无任何处理,所排出的各种污染物的量往往不比大锅炉低,在有些地区甚至更高。
2.工业生产过程排放：工业生产过程中排放到大气中的污染物种类多,排放量大，是城市或工业区大气的主要污染源。工业生产过程中产生废气的工厂很多，排放的污染物的组成与工业企业的性质密切相关。有色金属冶炼工业排出的二氧化硫、氮氧化物以及含重金属元素的烟尘；磷肥厂排出氟化物；酸碱盐化工工业排出二氧化硫、氮氧化物、氯化氢及各种酸性气体；钢铁工业在炼铁、炼钢、炼焦过程中排出粉尘、硫氧化物、氰化物、氧化碳、一硫化氢、苯类、酚、烃类等。
3.交通运输过程中排放：现代化交通运输工具，汽车,飞机,船舶等排放的尾气是造成大气污染的主要来源之一。内燃机燃烧排放的废气中含有一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物、含氧有机化合物、硫氧化物和铅的化合物等多种有害物质。由于交通工具数量庞大，来往频繁，故排放污染物的量也很大。
4.农业活动排放：农药及化肥的使用，对提高农业产量起着重大 的作用，但也成为大气的重要污染源。田间施用农药时，一部分农药会以粉尘等颗粒的形式散逸到大气中，另一部分残留在作物上或粘附在作物表面的仍可挥发到大气中。进入大气的农药可以被悬浮的颗粒物吸收并随气流向各地输送，造成大气农药污染。氮肥在土壤中经一系列的变化过程会产生氮氧化物释放到大气中：氮在反硝化作用下可形成氮(N2)和氧化亚氮(N2O)释放到空气中，氧化亚氮不易溶于水，可传输到平流层，并与臭氧相互作用，使臭氧层遭到破坏。
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