气体地球化学行为对全球气候变化的作用.pptx

气体地球化学行为对全球气候变化的作用,长安大学,提纲,绪论 二氧化碳 甲烷 氧化亚氮 二氧化硫 臭氧 总结,绪论,大气的主要物质成分（体积）： 氮约占78.1%， 氧占20.9%， 氩占0.934%， 二氧化碳占0.0332% 其它0.0328%,绪论,六大温室效应气体： 二氧化碳、甲烷、氧化亚氮、氢氟碳化物、全氟化碳、六氟化碳 CO2、CH4、N2O：贡献80% CO2:60%， CH4:15%，温室效应潜能CO2的21-23倍 N2O:5%，增温效应是CO2的296-310倍,绪论,气候 地球上某一地区多年时段大气的一般状态，是该时段各种天气过程的综合表现。 气象要素（气温、降水、风力等）的各种统计量（均值、极值、概率等）是表述气候的基本依据。 气候与人类社会有密切关系。,二氧化碳,碳循环 最基本的碳循环：碳被转换为有机物分子并被利用，又被有机体释放出来的过程,二氧化碳,大气中的CO2排放源有 ①海水释放； ②生物体呼吸； ③有机物的细菌分解； ④火山爆发； ⑤森林火灾； ⑥化石燃料燃烧、工业气体。,二氧化碳,大气中的CO2排放源有 ①海水释放； ②生物体呼吸； ③有机物的细菌分解； ④火山爆发； ⑤森林火灾； ⑥化石燃料燃烧、工业气体。,海水中CO2含量约为1.3×1014t，海水的CO2浓度通常比大气高约60倍数，估计每年有1.0×1011t的CO2参与大气与海洋之间的交换。,二氧化碳,大气中的CO2排放源有 ①海水释放； ②生物体呼吸； ③有机物的细菌分解； ④火山爆发； ⑤森林火灾； ⑥化石燃料燃烧、工业气体。,全国人民全年呼吸排放CO2约为：0.3285t×13.40×108≈4.4亿吨/年。 全世界约计65亿人口，年排放21.36亿吨。,二氧化碳,大气中的CO2排放源有 ①海水释放； ②生物体呼吸； ③有机物的细菌分解； ④火山爆发； ⑤森林火灾； ⑥化石燃料燃烧、工业气体。,有机物质的微生物降解过程中产生CO2：C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O。全球被细菌分解的树叶、作物秸秆、动物排泄物等，每年向大气层排放1000亿吨CO2。,二氧化碳,大气中的CO2排放源有 ①海水释放； ②生物体呼吸； ③有机物的细菌分解； ④火山爆发； ⑤森林火灾； ⑥化石燃料燃烧、工业气体。,地球上已知的死火山约2000座，活火山共523座，火山爆发，CO2大量喷出，例如美国Shishaldin火山每年向大气层中排放1.3-4.4亿吨的CO2。,二氧化碳,大气中的CO2排放源有 ①海水释放； ②生物体呼吸； ③有机物的细菌分解； ④火山爆发； ⑤森林火灾； ⑥化石燃料燃烧、工业气体。,2015年9月，印度尼西亚爆发的森林大火释放出来的CO2大约6.6亿吨。,二氧化碳,大气中的CO2排放源有 ①海水释放； ②生物体呼吸； ③有机物的细菌分解； ④火山爆发； ⑤森林火灾； ⑥化石燃料燃烧、工业气体。,煤炭燃烧：C+O2→CO2。 烃燃烧：CxHy+（x+y/4）O2→xCO2+y/2H2O。 天然气燃烧：CH4+2O2→CO2+2H2O。 工业排放如碳酸钙在高温下灼烧生成生石灰：CaCO3→CaO+CO2-34.6kcal.,二氧化碳,大气中的CO2排放源有 ①海水释放； ②生物体呼吸； ③有机物的细菌分解； ④火山爆发； ⑤森林火灾； ⑥化石燃料燃烧、工业气体。,2012年，化石燃料燃烧排放量达到391亿吨/年。,二氧化碳,温室效应,大气中CO2浓度的增加,太阳所辐射出的长波被CO2吸收后辐射出更长的红外长波,地球表面储存热能，低层大气温度增高,,,当CO2浓度增倍时地表温度平均增加0.48-3.5℃,二氧化碳,CO2导致温室效应？ CO2不是气候变化的主要原因（杨新兴，2016）。 1.CO2对温室效应的贡献不是最大的。 2.CO2含量与气温不存在线性关系。,二氧化碳,CO2导致温室效应？ CO2不是气候变化的主要原因（杨新兴，2016）。 1.CO2对温室效应的贡献不是最大的。 2.CO2含量与气温不存在线性关系。,对温室效应贡献最大的是大气中的水汽。 大气中水汽平均含量是CO2的25.97倍，最大达到103.9倍。 CO2对光辐射的吸收峰主要集中在2-25μm之间，共3个吸收峰， 水汽对光辐射的吸收峰集中在0.5-50μm之间，有8个吸收峰，特别是在20-50μm之间，几乎存在连续的吸收带。显然水汽对光辐射的吸收能力比CO2大得多。,二氧化碳,CO2导致温室效应？ CO2不是气候变化的主要原因（杨新兴，2016）。 1.CO2对温室效应的贡献不是最大的。 2.CO2含量与气温不存在线性关系。,地球上的气候自始至终都在不停地改变， 气候变化的主要原因是 ①太阳辐射强度的变化； ②地球轨道参数的变化； ③地球大气环流的变化； ④大气层下垫面的变化； ⑤大气物质成分的变化。等,人类活动对气候变化的影响也还是十分有限的， 自然因素仍是地球气候变化的主要原因,甲烷,CH4 还原性气体 成因分类：细菌甲烷和非细菌甲烷 陆地生态系统释放入大气的几个基本甲烷源是 反刍动物、沼泽、湖泊、生物质燃烧、煤田气等。,有机物在还原条件下被微生物和细菌分解而成的甲烷,与地球内部火山活动的释放，煤与石油形成过程中伴生的甲烷，天然气以及物质燃烧释放的甲烷,甲烷,其结果直接导致了地表增暖和海平面上升（张福凯，2004）。 全球每年甲烷的排放量达到5.35×108t， 通过人类活动产生的甲烷量为3.75×108t。,工业革命前 （0.6-0.8）×10-6,1992年 1.72×10-6,增加了 约145%,甲烷的“加热”机理。,对太阳辐射能、红外线具有很强的吸收能力 而且以其温度向外发射红外辐射 有人提出甲烷对温室效应的贡献达15%（Hansen J E,1990）,参与一系列的化学反应，涉及: 臭氧（O3） H2O 氢氧化合物（HOx） 甲醛 卤烃 氯氟烃 氯气 SO2等,CH4+OH-→CH3-+H2O,CH4+Cl2→CH3Cl+HCl,氧化亚氮,N2O 氧化剂 沸腾汽化的碱金属反应可以生成一系列的亚硝酸盐 在高温下，N2O也可以氧化有机物。 大气中80-90%的N2O来源于土壤。,氧化亚氮,人类活动排放的N2O占全球生物圈向大气排放总量的40%多（叶谦，2015）。 生存期达114年， 消耗平流层的臭氧，增加地面的紫外线辐射量 N2O产生的温室效应是同重量CO2的300倍。,自氮肥被发明后，随着全球人口增加，对食物需求越来越高，促使包括氮肥在内的各类化肥在农业上广泛使用，再加上牲畜排泄物增加，骑车尾气排放等，人类活动产生大量N2O,二氧化硫,SO2 酸雨污染 改变硫酸盐气溶胶浓度，然后通过其直接和间接辐射强迫作用影响全球气候变化（钱云，1997）,气溶胶: 是指悬浮在空气或其它气体中的固体或液态小粒子.,二氧化硫,SO2 酸雨污染 改变硫酸盐气溶胶浓度，然后通过其直接和间接辐射强迫作用影响全球气候变化（钱云，1997）,辐射强迫作用： 大气中温室气体或气溶胶含量的变化引起地气系统能量平衡产生扰动，这种扰动称之。,二氧化硫,两种方式影响地球辐射平衡：（致冷） ①直接辐射强迫 ②间接辐射强迫,增加太阳辐射向地球外的反射，减弱白天对地球的加热作用；反射作用的增强使得到达地面的太阳辐射减弱，同时由于其散射和吸收作用改变对大气的辐射加热作用。,硫酸盐气溶胶可以成为云凝结核，通过增加微粒数量增加云的光学厚度和云层反射率，同时也可能增加云的寿命和平均云量。,二氧化硫,直接辐射强迫作用 全球平均人为硫酸盐气溶胶约 -0.5W/m2， 北半球平均值约 -1.0W/m2， 高值区域中心值 -2—-10W/m2,人类活动产生的CO2增加引起的辐射强迫作用约为1.5W/m2， 加上其它温室气体其总的辐射强迫作用达 2—2.5W/m2。,臭氧,O3 集中在10～50km的平流层 对流层占10%左右 强氧化剂--影响自由基的浓度和寿命，影响大气 化学的循环和平衡 平流层的主要热源--吸收紫外光和可见光,臭氧,平流层,对流层,② O3↓—→T↓,① O3↑—→T↑,③ T↑,④ T↓,,臭氧,对流层O3是温室气体，吸收地球长波辐射，因此对流层O3的增加会引起地表和低层大气温度的上升。 平流层O3的减少将造成平流层大气对太阳辐射吸收的减少，导致平流层温度的下降。 平流层O3的减少又使更多的紫外和可见辐射到达对流层—地表系统，从而产生增暖效应。 平流层O3的减少及其导致的平流层温度的降低使得到达对流层的热辐射将减少，这又会引起冷却效应。因此，地表和低层大气的温度变化取决于二者的净效应。,总结,引起全球气候变化的原因到底是什么？ 全球气候变化了吗？ 二氧化碳温室效应 温室气体的主体不是二氧化碳而是水汽 温室效应不是气候变化的唯一因素,总结,引起全球气候变化的原因到底是什么？ 全球气候变化了吗？ 二氧化碳温室效应 温室气体的主体不是二氧化碳而是水汽 温室效应不是气候变化的唯一因素,当水汽凝聚为云就会遮蔽阳光，起到降温作用。,总结,引起全球气候变化的原因到底是什么？ 全球气候变化了吗？ 二氧化碳温室效应 温室气体的主体不是二氧化碳而是水汽 温室效应不是气候变化的 唯一因素,太阳辐射量变化、太阳能量积累和释放的多种效应 太阳能在地球各圈层的不同分配 气候变化周期是天文周期微力激发的结果，其能量来自太阳能量的长期积累。,总结,丸山茂得（2008）认为在近100年来，地球气温的确呈现升高的趋势，但气温升高仅有0.5℃， 从地球的整个历史来看，根本不算异常。 从整个地球（或自然）的大视角来看，人类过分地高估了自己的“破坏力”,