书城教材教辅新课改·高一地理备课素材(上)
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第19章 元大气(5)

治理措施:

世界上酸雨最严重的欧洲和北美许多国家在遭受多年的酸雨危害之后,终于都认识到,大气无国界,防治酸雨是一个国际性的环境问题,不能依靠一个国家单独解决,必须共同采取对策,减少硫氧化物和氮氧化物的排放量。经过多次协商,1979年11月在日内瓦举行的联合国欧洲经济委员会的环境部长会议上,通过了《控制长距离越境空气污染公约》,并于1983年生效。《公约》规定,到1993年底,缔约国必须把二氧化硫排放量削减为1980年排放量的70%。欧洲和北美(包括美国和加拿大)等32个国家都在公约上签了字。为了实现许诺,多数国家都已经采取了积极的对策,制订了减少致酸物排放量的法规。例如,美国的《酸雨法》规定,密西西比河以东地区,二氧化硫排放量要由1983年的2000万吨/年,经过10年减少到1000万吨/年;加拿大二氧化硫排放量由1983年的470万吨/年,到1994年减少到230万吨/年,等等。目前世界上减少二氧化硫排放量的主要措施有:

1.原煤脱硫技术,可以除去燃煤中大约40%~60%的无机硫。

2.优先使用低硫燃料,如含硫较低的低硫煤和天然气等。

3.改进燃煤技术,减少燃煤过程中二氧化硫和氮氧化物的排放量。如液态化燃煤技术是受到各国欢迎的新技术之一,它主要是利用加进石灰石和白云石,与二氧化硫发生反应,生成硫酸钙随灰渣排出。

4.对煤燃烧后形成的烟气在排放到大气中之前进行烟气脱硫。目前主要用石灰法,可以除去烟气中85%~90%的二氧化硫气体。不过,脱硫效果虽好但十分费钱。例如,在火力发电厂安装烟气脱硫装置的费用,要达电厂总投资的25%之多。这也是治理酸雨的主要困难之一。

八、酸雨的黑色幽默

1.泡菜

酸雨酸化了土壤以后,也进一步酸化了地下水。德国、波兰和前捷克交界的黑三角地区(当地先以森林,后以森林被酸雨破坏而著名)的一位家庭主妇,在接待日本客人奉茶时说:“我们这个地区只有几口井的井水可供饮用。我们自己也常开玩笑说,只要用井水泡蔬菜,就能够做出很好的泡菜来。”

2.染发

酸化的地下水还腐蚀自来水管。瑞典南部马克郡的西里那村,有一户人家三个孩子的头发都从金黄色变成了绿色。这就是使马克郡出名的“绿头发”事件。原因是他们把井中的汲水管由锌管换成了铜管,而pH小于5.6的水对铜有较强的腐蚀性,产生铜绿。所以这户人家的浴室和洗漱台都已被染成铜绿色。这种溶有铜或锌离子的水还能使婴幼儿发生原因不明的腹泻。马克郡的幼儿园发生过的集体“食物中毒”也是这个原因(大约半数的瑞典人都是把地下水作为饮用水源)。英国的兰克夏,水龙头里曾放出含有因水管腐蚀而造成大量铁锈的浊水。酸雨甚至使输水管道因腐蚀而破裂。1985年圣诞节前4天,英国约克夏直径1米的输水管破裂,备用的也都不能使用,使20万人一度处于断水的恐慌之中。

3.慢车

波兰的托卡维兹因酸雨腐蚀铁轨,火车每小时开不到40公里,而且还显得相当危险。

4.泰姬陵变色

大理石含钙特别多,因此最怕酸雨侵蚀。例如,有两座高157米尖塔的著名德国科隆大教堂,石壁表面已腐蚀得凹凸不平,“酸筋”累累。通向入口处的天使和玛丽亚石像剥蚀得已经难以恢复。其中的砂岩(更易腐蚀)石雕近15年间甚至腐蚀掉了10个厘米。已经进入《世界遗产名录》的著名印度泰姬陵,由于大气污染和酸雨的腐蚀,大理石失去光泽,乳白色逐渐泛黄,有的变成了锈色。

5.国子监遭殃

我国北京国子监街孔庙内的“进士题名碑林”(共198块)距今已有700年历史,上面共镌刻了元、明、清三代51624名中第进士的姓名、籍贯和名次,是研究中国古代科举考试制度的珍贵实物资料,已被列为国家级文物重点保护单位。近年来,许多石碑表面因大气污染和酸雨,出现了严重腐蚀剥落现象,具有珍贵历史价值的石碑已变得面目皆非。据管理人员介绍,这些石碑主要是最近3年中损坏得比较厉害,所以第198块进士题名碑距今虽只有不到百年的时间,但它的毁损程度也丝毫不亚于其他石碑。实际上,北京其他石质文物,例如,大钟寺的钟刻、故宫汉白玉栏杆和石刻,以及卢沟桥的石狮等,也都不同程度存在着腐蚀或剥落现象。

6.自由女神化妆

酸雨同样也腐蚀金属文物古迹。例如,著名的美国纽约港自由女神像,钢筋混凝土外包的薄铜片因酸雨而变得疏松,一触即掉(而在1932年检查时还是完好的),因此不得不进行大修(已于1986年女神像建立100周年时修复完毕)。意大利威尼斯圣玛丽教堂正面上部阳台上的四匹青铜马曾被拿破仑掠到过巴黎,后来完璧归赵。近来却因酸雨损坏严重无法很好修复,只得移到室内,在原处用复制品代替。世界上类似情况还有许多。荷兰中部尤特莱希特大寺院中,有一套组合音韵钟,是在17世纪铸造的名钟。300年来人们一直十分喜欢听它的声音。可是近30年来钟的音程出了毛病,音色也逐渐变得不洪亮。因为钟是用80%的铜制的,由于敲钟时反复震动铜锈逐渐剥落,酸雨腐蚀已经进入到钟的内部。

7.酸雨袭击南极

令人震惊的是,南极也观测到了酸雨,而且是比较强的酸雨。例如,我国南极长城站1998年4月曾先后8次观测到酸雨,其中最低pH值只有4.45。长城站的铁质房屋和塔台被锈蚀得成层剥落,有的不得不进行更新。为了减缓腐蚀,每年要刷2~3次油漆。

8.洞穿珍贵彩色玻璃

在欧洲,镶有中世纪古老彩色玻璃的教堂等建筑超过10万栋。这些彩色玻璃弥足珍贵,在第二次世界大战中曾卸下来疏散开,多数安然无恙。可是却和其他古建筑一样,不能躲过酸雨的侵袭。这些彩色玻璃逐渐失去神秘的光泽,变褐,有的甚至完全褪色。仔细观察玻璃表面,有无数细小的洞。酸雨在小洞中继续和钾、钠、钙发生反应(钙是中世纪生产的玻璃中才有的)。和钙发生化学反应后生成石膏,酸雨从内部损害了玻璃。

9.书画遭劫

带有酸性的细小粉尘(干沉降)进入室内,在空气相对湿度较大时,开始侵蚀图书馆中的古老藏书。纸张氧化成茶色,纸质变差以至毁损。大英图书馆20—30年代的藏书的皮封面也遭到硫酸侵害,好像浮着红锈似的正在变色。壁画情况也是如此。所幸80年代中后期开始,欧洲治理大气污染加速,所有各种腐蚀和损害的速度又明显缓和下来了。油画腐蚀现象的恐怖症也在收藏家中间扩大开来。白色或透明结晶的粒子,不仅在画的表面,而且在画布的背后,像粉一样的喷出。过一段时间,这些粒子还会深入油彩层,使含化学颜料的油漆全部损坏。而不暴露在空气中的部位则没有这种现象。可见污染大气和干性沉降的危害之大。

10.酸雨冰溜溜

建筑物中出现“酸雨冰溜溜”,又是酸雨危害的一件“新事物”。混凝土因酸雨而溶解,然后在下滴过程中水分蒸发而硫酸钙等固体成分留了下来,形成类似石灰岩溶洞中的“石钟乳”。而下滴到地面上的硫酸钙留下来则形成“石笋”。之所以叫“冰溜溜”,是因为这种“石钟乳”很像冬季中从屋檐上流下来的冷水,在流动过程中逐渐结冰,形成下垂的“冰溜溜”。日本许多城市立交桥下和建筑物中都有这种酸雨冰溜溜。它使建筑物松散不牢固,甚至成为危险建筑物。关于酸雨对建筑物造成的损失,美国联邦环保局1985年曾有一个估计,在17个州共造成的损失高达50亿美元。主要原因是大楼损伤加速,涂料装饰很快剥落和窗框腐蚀。此外因旅游减收带来的损失也有20亿美元。

九、大气污染物

在干洁的大气中,痕量气体的组成是微不足道的。但是在一定范围的大气中,出现了原来没有的微量物质,其数量和持续时间,都有可能对人、动物、植物及物品、材料产生不利影响和危害。当大气中污染物质的浓度达到有害程度,以至破坏生态系统和人类正常生存和发展的条件,对人或物造成危害的现象叫做大气污染。造成大气污染的原因,既有自然因素又有人为因素,尤其是人为因素,如工业废气、燃烧、汽车尾气和核爆炸等。随着人类经济活动和生产的迅速发展,在大量消耗能源的同时,也将大量的废气、烟尘物质排入大气,严重影响了大气环境的质量,特别是在人口稠密的城市和工业区域。所谓干洁空气是指在自然状态下的大气(由混合气体、水气和杂质组成)除去水气和杂质的空气,其主要成分是氮气,占78.09%;氧气,占20.94%;氩,占0.93%;其他各种含量不到0.1%的微量气体(如氖、氦、二氧化碳、氪)。

1.大气污染物的分类

大气污染物主要可以分为两类,即天然污染物和人为污染物,引起公害的往往是人为污染物,它们主要来源于燃料燃烧和大规模的工矿企业。

颗粒物:指大气中液体、固体状物质,又称尘。

硫氧化物:是硫的氧化物的总称,包括二氧化硫,三氧化硫,三氧化二硫,一氧化硫等。

碳的氧化物:主要包括二氧化碳和一氧化碳。

氮氧化物:是氮的氧化物的总称,包括氧化亚氮,一氧化氮,二氧化氮,三氧化二氮等。

碳氢化合物:是以碳元素和氢元素形成的化合物,如甲烷、乙烷等烃类气体。

其他有害物质:如重金属类,含氟气体,含氯气体等等。

2.大气污染的危害

大气污染对气候的影响很大,大气污染排放的污染物对局部地区和全球气候都会产生一定影响,尤其对全球气候的影响,从长远的观点看,这种影响将是很严重的。

①大气中二氧化碳的含量增加

燃料中含有各种复杂的成分,在燃烧后产生各种有害物质,即使不含杂质的燃料达到完全燃烧,也会产生水和二氧化碳,正因为燃料燃烧使大气中的二氧化碳浓度不断增加,破坏了自然界二氧化碳的平衡,以至可能引发“温室效应”,致使地球气温上升。

②臭氧层破坏

大气被污染后,由于污染物质的来源、性质和持续时间的不同,被污染地区的气象条件、地理环境等因素的差别,以及人的年龄、健康状况的不同,对人体造成的危害也不尽相同。大气中的有害物质主要通过下述三个途径侵入人体造成危害:

第一,通过人的直接呼吸而进入人体;

第二,附着在食物上或溶于水中,使之随饮食而侵入人体;

第三,通过接触或刺激皮肤而进入到人体。其中通过呼吸而侵入人体是主要的途径,危害也最大。

大气污染对人的危害大致可分为急性中毒,慢性中毒,致癌三种。

十、大气污染监测

1.大气污染监测植物

大气污染后,其污染物的毒害作用会在植物体上反映出来,表现出一定的可见症状。但各种植物对同一种大气污染物的反应情况并不相同,有的抵抗力强,反应迟钝;有的抵抗力弱,反应敏感。人们将各种对大气污染反应敏感的植物叫做环境污染指示植物或监测植物。

除上述种子植物中的指示植物外,孢子植物中的地衣也是一类很好的大气污染指示植物。地衣不仅能监测大气中的二氧化硫,而且也能监测氟化氢、氯等有毒气体,空气中极少量的有毒物质就能影响它的生长甚至死亡,反应十分敏感。

利用监测植物监测大气污染时,应根据污染源所排放的污染物的具体种类,选择一定种类的盆栽监测植物,安置在需要监测的地区,然后观察记载它们受害症状和程度。例如,可在磷肥厂附近放置氟化物监测植物唐菖蒲,监测磷肥厂周围大气的氟污染状况。如果几天以后,唐菖蒲出现了典型的氟化物危害症状(叶片先端和边缘产生淡棕黄色片状伤斑),表明该厂周围已被氟化物污染,而且根据唐菖蒲的各个放置地点,可以推算出氟化物的污染范围。

2.大气污染流动监测站

对空气中各种污染成分进行连续自动测量的可移动的监测设施。它可在出现故障时,作为代替站;或在发现固定监测站设置不合理时,作为灵活的增设站;或在发生紧急污染事故时,作为机动的临时站。在设置固定监测站以前,它可协助污染普查,以确定固定站的位置。大气污染流动监测站一般是将各种分析仪器装在可移动的小房子中,由汽车牵引,或置于汽车中,后者称为大气污染监测车。

流动监测站的监测项目根据监测目的确定。如监测汽车废气的站,以监测氮氧化物、一氧化碳、碳氢化合物、铅尘等为主。监测工矿企业燃煤锅炉烟囱排气的站,以监测二氧化硫、一氧化碳、烟尘为主。

中国北京生产的大气污染监测车,可监测二氧化硫、氮氧化物、臭氧、飘尘、一氧化碳、总烃、甲烷、乙烯、乙炔等污染物,以及温度、湿度、风向、风速等气象指标。二氧化硫的测定采用库仑法,氮氧化物和臭氧的测定采用库仑法或化学发光法,飘尘的测定采用压电晶体法或滤膜采样法,一氧化碳、总烃、甲烷、乙烯、乙炔的测定采用气相色谱-氢火焰离子化法,温度的测定采用热敏电阻法,湿度的测定采用氯化锂传感器法,风向的测定采用风旗-滑线电位计法或光电转换法,风速的测定采用风杯-光电转换器法。

空气样品由安装在监测车顶部的采样管采集,飘尘样品另用单独采样管伸出车顶采集。采样管底部有轴流式风机将空气样品抽入采样管内。采样管高4米,由不锈钢管制成。各种分析仪器和采样管之间分别用聚四氟乙烯管连接,以保证被测样品不被管壁吸附。空气样品经分析测定后,由采样管底部的出风口排出。车内设有电子计算机,自动处理监测数据。建立了大气污染自动监测系统的城市,流动监测站的数据传输装置即可将数据送至监视中心进行实时收集和处理。

十一、美丽的大气现象

(一)华盖

天空中有一层透光薄云,云中的水滴大小均匀,若是由冰晶组成的云则要求冰晶尺寸均匀。月光或阳光透射云层过程中,受到均匀云滴(水滴或冰晶)的衍射,结果会在月亮或太阳周围紧贴月盘或日盘形成内紫外红的彩环,称为华。

因日光太亮,人们不易观察到日华,月华则比较常见。紧贴月盘的华又称华盖,通常华盖的紫色不太显著故内环呈青蓝色,其外呈黄色为主,最外呈红色。有时在华盖外隔一暗圈后还会出现一个甚至几个彩色排序与华盖相同,但亮度弱得多的同心光环,称为副华。

(二)虹和霓

历史上,曾经有人见过4条彩虹并列在空中奇景。

那是1948年9月24日晚6时左右,在前苏联列宁格勒的尼瓦河上空出现的。当时天空中是一片乌云,后来从海面上突然吹来了一阵充满水滴的风,一瞬间乌云下出现了太阳,整个天空中马上横贯一条光彩夺目的虹。同时,在它的不远上方生成了色彩倒排的双虹,这虹是由日光在尼瓦河上反射而形成的。