氣候變暖和低碳化學(xué)
化學(xué)試劑,九料化工商城 / 2020-11-11
近年來(lái)氣候變暖已引起全世界人們的關(guān)注。自1860年有氣象儀器觀測(cè)記錄以來(lái)，在150年間，全球平均氣溫升高了0.6℃。最暖的13個(gè)年份均出現(xiàn)在1983年以后。我國(guó)自1985年以來(lái)，連續(xù)出現(xiàn)了16個(gè)全國(guó)范圍的暖冬。為什么氣候會(huì)變暖?它對(duì)環(huán)境、生態(tài)有什么影響?化學(xué)應(yīng)該怎樣和其他學(xué)科一起應(yīng)付這種氣溫升高的趨勢(shì)?
地球氣候變暖的原因
地球氣候變暖的原因，有人認(rèn)為是人類(lèi)文明發(fā)展，用大量煤炭煉鋼鐵、生產(chǎn)水泥，用來(lái)修路、蓋樓，外出坐車(chē)、坐飛機(jī)居家燒暖氣、開(kāi)冷氣，大量使用能源、大量放出熱量所引起。其實(shí)不然，全球氣候變的原因不是這么簡(jiǎn)單。目前人類(lèi)一年使用的全部能源約相當(dāng)于100億噸石油，按標(biāo)準(zhǔn)油的熱值41.82MJ/kg計(jì)，全部能源燃燒放出的熱量為4.2×101MJ，如果把這些熱量全部用來(lái)加熱海水(1.4×1021kg)，僅僅能使海水的溫度上升7×10-5℃，也就是說(shuō)，每年用這些熱量給海水持續(xù)加熱1萬(wàn)年，海水的溫度也增加不到1℃，顯然，地球變暖不能簡(jiǎn)單地看做人類(lèi)使用能源放出的熱量造成的使地球變暖的原因，在于大氣的化學(xué)成分起了變化，溫室氣體增加，出現(xiàn)溫室效應(yīng)所致。主要的溫室氣體是二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4)。
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對(duì)溫室效應(yīng)的理解要從太陽(yáng)輻射的能量和圍繞地球的大氣中各種分子的結(jié)構(gòu)來(lái)分析。太陽(yáng)輻射的能量主要是短波輻射，包括可見(jiàn)光和紫外光。地球吸收太陽(yáng)能量的同時(shí)，也向太空輻射能量，達(dá)到能量收支平衡，維持地球表面的正常溫度(大約15℃)，這種溫度輻射的能量屬低溫輻射，即它是長(zhǎng)波輻射。太陽(yáng)光照射到地球的表面上，地表大氣中的單原子分子，如(He)、氖(Ne)、氬(A)等氣體以及雙原子分子，如氮?dú)?N2)、氧氣(O2)和氫氣(H2)等，對(duì)太陽(yáng)短波輻射的吸收很少，是微不足道的，即對(duì)太陽(yáng)光是透明的:同樣這些單原子分子和雙原子分子對(duì)地球輻射到太空的低溫輻射也吸收很少，也是透明的。對(duì)于三原子和三原子以上的多原子分子，如二氧化碳(CO2)、鹵代烴(如氟氯烴、鹵代烷)、臭氧(O2)、氧化亞氮(N2O)和甲烷(CH4)等，它們對(duì)輻射的吸收性能就不同了，它們對(duì)太陽(yáng)的短波輻射是“透明”的，但對(duì)地球表面發(fā)出的長(zhǎng)波輻射有較強(qiáng)的吸收作用，是“不透明”的當(dāng)離地面為1萬(wàn)米到5萬(wàn)米高空的平流層中CO2和CH4的濃度增加時(shí)，就會(huì)阻擋由地表發(fā)射到太空的長(zhǎng)波輻射，即會(huì)減少由地球散發(fā)到宇宙太空中的能量，使地球的溫度升高。這種含有較多CO2和CH4的大氣，在地球表面形成了一個(gè)無(wú)形的保溫罩子，使地球形成一個(gè)溫室。這種作用稱(chēng)為溫室效應(yīng)，CO2和CH4等稱(chēng)為溫室氣體?，F(xiàn)在人們認(rèn)為溫室效應(yīng)是使地球氣候變暖的主要原因。
根據(jù)1992年聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約中控制的六種溫室氣體，它們?cè)诖髿庵心艽嬖诘纳嫫谙?、?duì)氣候變化的潛在影響的大小、對(duì)溫室效應(yīng)的“貢獻(xiàn)”等情況，列于表6.3.1中。
表6.3.1大氣中主要的溫室氣體
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名稱(chēng) 分子式 生存期限/年 1個(gè)分子的相對(duì)潛在影響 對(duì)溫室效應(yīng)的“貢獻(xiàn)“(％)
二氧化碳 CO2 30--100 1 63.8
甲烷 CH4 12-17 56 19.2
氧化亞氮 N2O 120 280 5.7
氫氟碳化合物 - 300 5000 0.4
全氟碳化物 - >10000 4000 -
六氟化硫 SF6 >10000 3200 0.3
鹵代烴 - - - 10.0
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由表63.1可見(jiàn)，CO2對(duì)溫室效應(yīng)的貢獻(xiàn)近2/3，是主要的。它在大氣中的體積分?jǐn)?shù)由1958年的3.15×10，增加到1992年的3.55×104，和現(xiàn)在的3.8×10-4。每年增加值大約25×10t。其中燃煤和燃油分別占31％，燃天然氣占13％。
甲烷作為溫室氣體，它一個(gè)分子的潛在影響是一個(gè)二氧化碳分子的56倍，但它在大氣中的含量比CO2要低2-3個(gè)數(shù)量級(jí)，它的“貢獻(xiàn)”只有19％。但是它增加很快，特別是氣候變暖，寒帶、凍土層中天然氣水合物釋放量增加，“貢獻(xiàn)”也將增大。
表中虛線以下所列的鹵代烴包括氟、氯、溴、碘的碳?xì)浠衔?、氣體分子，包括常見(jiàn)的四氯化碳、四氟化碳、氟氯烴，它是人工合成物質(zhì)，這類(lèi)物質(zhì)性質(zhì)穩(wěn)定、不易燃燒，被廣泛用作冷凍劑、清洗劑、滅火劑、噴霧劑。它們因引起大氣平流層中臭氧的被破壞而出名，廣為人知，它們也是主要的溫室氣體它包括全氟碳化物等分子在內(nèi)，在平流層穩(wěn)定存在時(shí)間很長(zhǎng)，對(duì)溫室效應(yīng)的“貢獻(xiàn)”達(dá)10％。將它們歸為一起，按同類(lèi)化合物計(jì)，已名列第三。
氣候變暖對(duì)環(huán)境生態(tài)的影響
氣候變暖對(duì)全球生態(tài)環(huán)境的影響引起人們極大關(guān)注，對(duì)其后果有著許多推測(cè)和預(yù)計(jì)首先是南、北極地區(qū)冰雪的消融，導(dǎo)致海平面升高，威脅沿海和低海拔地區(qū)人類(lèi)的生活。據(jù)報(bào)道，北極地區(qū)氣候變暖的速度比其他地區(qū)更快，冰的總覆蓋率在下降，北冰洋的海冰近10年來(lái)縮小9％，海冰的大量融化使北極地區(qū)反射太陽(yáng)光能力減弱，沒(méi)有冰蓋的裸露水面吸收太陽(yáng)能多，進(jìn)一步增加地球變暖的趨勢(shì)。記錄表明，20世紀(jì)海平面升高了近20厘米，有人預(yù)測(cè)21世紀(jì)末全球海平面有可能上升近1米，這對(duì)一些沿和低海拔地區(qū)將是滅頂之災(zāi)。例如，印度洋上馬爾代夫島國(guó)將深入海中，孟加拉國(guó)有1700萬(wàn)人居住在海拔不足1米的地區(qū)，將喪失家園，許多沿海地區(qū)億萬(wàn)人口的生活受到威脅。
其次，氣候變暖，山地上的冰川在退縮，據(jù)報(bào)道，喜馬拉雅山脈冰川，每年退縮達(dá)10-15米，青藏高原地區(qū)的冰川面積近30年來(lái)縮減了4400多平方公里，比20世紀(jì)70年代減少了9％。這對(duì)依賴冰川積雪獲得水資源的地方構(gòu)成威脅，對(duì)周?chē)貐^(qū)生態(tài)環(huán)境已產(chǎn)生了明顯影響，洪澇和干早交替加劇。
第三，氣候變暖將使極端天氣的發(fā)生頻率增高，近年席卷北半球天氣的熱浪為許多地區(qū)創(chuàng)下前所未有的記錄。氣候變暖也引發(fā)一些臺(tái)風(fēng)、洪水、冰雹、寒流等極端天氣事件或使這些自然災(zāi)害更為猛烈。
第四，氣候變暖使生態(tài)環(huán)境發(fā)生變化，對(duì)生態(tài)的破壞力會(huì)急劇上升，這對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及人類(lèi)的健康也會(huì)帶來(lái)影響.
第五，更為嚴(yán)重的后果是原來(lái)凍土地帶中甲烷氣體水合物融化，釋放出更多的甲烷到大氣，造成大氣中溫室氣體濃度增加，溫室效應(yīng)加大，自然的力量促使地球變暖加劇有眾多科學(xué)家認(rèn)為，當(dāng)全球平均氣溫比工業(yè)革命前(即1750年前)升高2℃，是引發(fā)災(zāi)難的臨界點(diǎn)?，F(xiàn)在已增溫0.8℃，只差1.2℃。預(yù)計(jì)當(dāng)大氣中CO2含量達(dá)4×10時(shí)，就不可避免地導(dǎo)致全球増溫2℃。目前CO2含量已達(dá)3.8×104，而且每年以2×10在增長(zhǎng)，10年內(nèi)就會(huì)超過(guò)4×104的臨界值。擺在世界人民面前的形勢(shì)是非常嚴(yán)峻的。
化學(xué)已利用它的慧眼査明氣候變暖和極端氣候產(chǎn)生的元兇，這有利于各界采取行動(dòng)予以制服。首先要掀起全民學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)，認(rèn)識(shí)溫室氣體中主要是CO2，要發(fā)展低碳產(chǎn)業(yè)，替代高碳產(chǎn)業(yè)。這個(gè)問(wèn)題對(duì)我國(guó)是十分艱巨的任務(wù)。
我國(guó)是世界上人口最多的國(guó)家，也是最大的煤幾生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，現(xiàn)在溫室氣體排放量?jī)H次于美國(guó)，居世界第二預(yù)計(jì)不久，約十年內(nèi)會(huì)居于首位。在目前的工業(yè)生產(chǎn)中，第鐵、建材、電力、汽車(chē)、化工、機(jī)械等都是大量消耗化石能源，排放大量二氧化碳的工業(yè)。工業(yè)生產(chǎn)面臨著能源和環(huán)境的雙重壓力。學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)、節(jié)能減排和低碳生產(chǎn)的知識(shí)，深入思考所在的企業(yè)走向沒(méi)有廢氣、廢渣和熱能的排放途徑，實(shí)現(xiàn)高效的原子循環(huán)利用生產(chǎn)，已成為我國(guó)全民關(guān)注的大事。
其次，控制高排碳和高能耗產(chǎn)業(yè)，特別對(duì)有些在線生產(chǎn)的產(chǎn)品，其產(chǎn)量已超出國(guó)內(nèi)需求，但因它在國(guó)際市場(chǎng)上走俏，仍爭(zhēng)先恐后地建設(shè)生產(chǎn)線，競(jìng)相出口產(chǎn)品，這種為別國(guó)提供高能耗、高排放產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)，宜及早控制。鼓勵(lì)開(kāi)發(fā)低碳新能源，特別是可持續(xù)發(fā)展的能源，如太陽(yáng)能電池、風(fēng)力發(fā)電等。
最后，積極植樹(shù)造林，森林是利用大氣中已有的二氧化碳進(jìn)行光合作用，使它和水在植物的葉綠素中結(jié)合成糖類(lèi)物質(zhì)，包括纖維素和淀粉等。植樹(shù)造林可以防止水土流失、干早災(zāi)荒，減少大氣中的三氧化碳，在我國(guó)已取得巨大成就，自1980年至2005年的25年間，我國(guó)森林覆蓋率提高到18％，累計(jì)吸收的二氧化碳約30億噸，約占我國(guó)人為排放量的10％?？梢灶A(yù)計(jì)，隨著森林長(zhǎng)大，吸收的二氧化碳會(huì)逐年增加。
化學(xué)是什么?化學(xué)是具有慧眼能識(shí)別隱藏在大氣中使地球變暖并發(fā)生極端氣候的元兇，以及指明制服這些元兇的方法的科學(xué)。
![1,8-二氮雜二環(huán)[5.4.0]十一碳-7-烯](images/201812/thumb_img/1103_thumb_G_1545291985569.jpg)
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