溫室氣體及溫室效應(yīng)

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1、溫室氣體與溫室效應(yīng)近百年來(lái)，全球的地面氣溫呈明顯上升趨勢(shì)。根據(jù)氣象學(xué)記錄，自1860年以來(lái)，地球表面的平均氣溫升高了0.6攝氏度。而進(jìn)入了20世紀(jì)，全球溫度進(jìn)一步升高。其中1998年又創(chuàng)歷史新高，是20世紀(jì)最熱的一年，它比1860年至2000年間的平均值高了0.55攝氏度。同時(shí)，20世紀(jì)北半球溫度的增幅是過(guò)去1000年最高的?？偟淖兣厔?shì)越來(lái)越明顯。氣候變暖使南極，北極及高山大冰川融化，融化的水流向海洋，從而使海平面上升。在過(guò)去的一百年里，全世界海平面一共上升了10~20cm。而且自從20世紀(jì)60年代后期以來(lái)，冰雪的覆蓋面積已經(jīng)減少了10%。1．溫室氣

2、體溫室氣體通常是指大氣中那些讓太陽(yáng)短波輻射自由通過(guò)，同時(shí)強(qiáng)烈吸收地面和空氣放出的長(zhǎng)波輻射（紅外線），對(duì)地表有一種遮擋作用的氣體。地球形成初期存在的12種主要元素，按豐度遞減，依次是H（90%），He（9%），O，Ne，N，C，Si，Mg，F(xiàn)e，S，Ar和Al。在這12種元素中，只有C，H，O，N和S能結(jié)合成分子并進(jìn)入大氣中，最初只有水，氨和甲烷，硫化氫，氫。在進(jìn)化過(guò)程中，不少氫，氦，氖和氬逃逸到太空中，但由于引力作用，這些氣體的大部分都被吸引在地表附近，大氣層演變?yōu)橛砂?，甲烷，水蒸氣和硫化氫組成。地球的大氣層通過(guò)光解作用演變的含有豐富的氧。地球的引力不

3、能留住所有的氫氣，但能留住大部分的氧氣。游離的氧具有從其他氣體中奪取氫原子重新形成水分子的趨勢(shì)。氧從氨中奪取氫后，留下游離氮，從甲烷中奪取氫生成二氧化碳。千百年以后，地球大氣中留下的主要是氮，氧，二氧化碳和水蒸氣。如今，地球大氣以氮，氧和氬為主，其他成為微量氣體。那些與產(chǎn)生溫室效應(yīng)有關(guān)的微量氣體便是溫室氣體。溫室氣體有以下幾種：1、水蒸汽(H2O)水蒸汽是大氣中最主要的溫室氣體。水蒸汽所產(chǎn)生的溫室效應(yīng)大約占整體溫室效應(yīng)的60%-70%；2、二氧化碳(CO2)二氧化碳在大氣中大約占26%；123、臭氧(O3)；4、甲烷(CH4)；5、氧化亞氮(又稱(chēng)笑氣,

4、N2O)；6、氫氟氯碳化物。它包括:氟氯碳化物(CFCs)、氫氟碳化物(HFCs)、氯氟烴(HCFCs)等；7、全氟碳化物(PFCs)；由于水蒸汽和臭氧的時(shí)空分布變化較大,因此在制訂減量措施規(guī)劃時(shí)，一般都不將它們納入。著名的《京都議定書(shū)》提出針對(duì)6種溫室氣體進(jìn)行減量控制，它們是:二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亞氮(N2O)、氫氟碳化物(HFCs)、全氟碳化物(PFCs)和六氟化硫(SF6)。其中又以后三種氣體形成溫室效應(yīng)的能力最強(qiáng)，但以對(duì)全球變暖的影響來(lái)說(shuō)，由于CO2含量最多,因而影響也最大。1.1溫室氣體的特征溫室氣體是能夠強(qiáng)烈吸收紅外線的

5、氣體。實(shí)際上，根據(jù)近代物理化學(xué)的研究，這些溫室氣體是具有紅外吸收活性的。由于紅外線是一種能量流，在它通過(guò)某物質(zhì)傳播時(shí)，會(huì)引起該物質(zhì)的電子躍遷或使原子振動(dòng)，從而使其能量的一部分變成熱能，導(dǎo)致其能量的衰減。這樣我們就稱(chēng)紅外線被該種物質(zhì)吸收了。但紅外線的吸收也是有條件的。在分子中存在著非極性共價(jià)鍵和極性共價(jià)鍵。分子也分為極性分子和非極性分子。分子極性的強(qiáng)弱可以用偶極矩μ來(lái)表示。而只有偶極矩發(fā)生變化的振動(dòng)才能引起可觀測(cè)的紅外吸收光譜，則該分子就被稱(chēng)為紅外活性的，而Δμ=0的分子振動(dòng)不能產(chǎn)生紅外振動(dòng)吸收，則稱(chēng)之為非紅外活性的。分子的振動(dòng)可以分為改變鍵長(zhǎng)的伸縮振動(dòng)

6、和改變鍵角的彎曲振動(dòng)。而伸縮振動(dòng)又分為對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)和不對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)，彎曲振動(dòng)又分為面內(nèi)彎曲振動(dòng)和面外彎曲振動(dòng)。故而當(dāng)CO2進(jìn)行對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)時(shí)，它不具有紅外吸收活性，因?yàn)榇藭r(shí)它的偶極矩變化為0。但當(dāng)它進(jìn)行不對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)或進(jìn)行彎曲振動(dòng)時(shí)，它的偶極矩變化不為0，故此時(shí)它具有紅外吸收活性。當(dāng)然，作為非極性鍵構(gòu)成的非極性分子，N2，O2根本沒(méi)有偶極矩，輻射不能引起它們共振，當(dāng)然就不具有紅外吸收活性。圖1為分子振動(dòng)方式：12圖1分子振動(dòng)方式但相對(duì)來(lái)說(shuō)，一種氣體夠不夠格當(dāng)溫室氣體，還應(yīng)考慮它在大氣中的含量和持續(xù)的時(shí)間。表1為溫室氣體的一些具體特點(diǎn)：表1溫室氣體的具體

7、特點(diǎn)溫室氣體的壽命：溫室氣體的分子在產(chǎn)生后的大氣存留時(shí)間．任何一種溫室氣體的分子在產(chǎn)生之后，其壽命受多種因素決定．首先，看他是不是容易和其他化學(xué)成分反應(yīng)．再有，它是不是容易被海洋，土壤或植物所吸收或者把它們是放到大氣中等等．如二氧化碳的壽命最長(zhǎng)，達(dá)200年左右，氧化亞氮可達(dá)150年左右．變暖潛值：這是比較二氧化碳的變暖效果計(jì)算的．如一個(gè)二氧化碳在一周年內(nèi)形成一個(gè)單位的增溫效果，則一個(gè)甲烷63個(gè)單位，氧化亞氮270，氟氯烴更大．其中CFC-11為4500。1.2溫室氣體的光譜吸收地氣系統(tǒng)存在著兩個(gè)主要輻射源，一個(gè)是太陽(yáng)短波輻射（~6000K黑體輻射），其

8、能量峰值在0.5μm附近。另一個(gè)是地球紅外輻射（~300K黑體輻射），其能量峰值在10μm12