关于气溶胶的描述不正确的是:烟是凝聚性固态颗粒、霾的相对湿度是饱和的。
气溶胶是由固体或液体小质点分散并悬浮在气体介质中形成的胶体分散体系。其分散相为固体或液体小质点,其大小为0001~100μm,分散介质为气体。液体气溶胶通常称为雾,固体气溶胶通常称为雾烟。气溶胶的消除,主要靠大气的降水、小粒子间的碰并、凝聚、聚合和沉降过程。
气溶胶质点有相当大的比表面和表面能,可以使一些在普通情况下相当缓慢的化学反应进行得非常迅速,甚至可以引起爆炸,如磨细的糖、淀粉和煤等。大气中的固体和液体微粒作布朗运动,不因重力而沉降,可悬浮在大气中长达数月、数年之久。
气溶胶污染原因:
尽管气溶胶只是地球大气成分中含量很少的组分,但其对地圈、生物圈的影响与作用不可低估。气溶胶化学成分复杂,其颗粒物可以作为大气中反应表面或催化剂,以及很多气相物质的接收体。大气气溶胶负载的化学物质,特别是工业污染物在风系的作用下,可进行几百至几千km的长距离传输,大气污染影响是不分国界和地区,是全球性问题。
其对人类生存环境的严重危害已日益加剧。大气输入物质对海洋的生物地球化学循环、大气环境、冰雪化学组成、海底沉积和气候演变等有着重要的影响。从全球变化角度看,大气污染物通过大气的大尺度传输,改变了全球大气化学物质的含量、结构和组成,破坏了全球的辐射平衡,进而可能对全球气候变化造成影响。
地球大气由多种气体以及悬浮其中的液态和固体颗粒组成,如表231所示,其中氮(N2)、氧(O2)和氩(Ar)合计占大气总体积的9996%,二氧化碳(CO2)稍多,其他含量甚少,水汽的含量变化较大,与自然界温度,压力密切相关。
由于地球表面的不均匀,且其环绕太阳进行公转和自转,在太阳辐射作用下,大气中存在着局部空气的垂直运动、水平运动、湍流运动以及分子间的扩散、对流。使不同高度、不同地区的气体得以进行交换和混合,因此从地面向上到90 km处,除水汽和臭氧之外,其他成分之间的比例关系保持不变。大约从80 km高度开始,由于太阳光中紫外线的作用,空气中的氧和氮的分子开始离解,约100 km以上氧分子几乎全部离解为氧原子。约250 km以上氮也全部离解为原子。
大气压(p)是由空气柱重量造成的,随高度(h)而变化,可以写成
环境地球物理学概论
式中:p为高度h处的压强;p0为高度h=0处的压强;k为波尔兹曼常数;T为绝对温度;m为空气分子平均质量;g为重力加速度;H为大气层标高,是压力高度e倍所对应的高度。根据上式,可以导出,大气质量随高度的变化关系:
环境地球物理学概论
式中:n为单位体积内空气的分子数;n0为h=0处单位体积内空气分子数。
表231 地球大气的组成成分
由此可见,大气质量的1/2集中在离地面55 km以内,99%集中在30 km以内。高空大气分子很少,到800 km高空仍有少许。
大气中的水汽来自海、洋、江、河及陆地的水分蒸发以及植物的蒸腾。水汽在空气中的含量是不均匀的,有明显的时空变化,夏季多于冬季,低纬度暖水洋面及森林地区的低空水汽含量最高,反之在高纬度寒冷干旱陆面地区含量极少。在垂直方向,随高度增加而减少,一般讲,在15~2 km的上空,减少为地面的1/2,在10 km高空为地面的1/10。随着气温变化和水汽的迁移,把大气、海洋、陆地和生物圈紧密联起来,构成水的相变和循环,成为天气变化的主要因素,可以成云致雨、落雪降雹,成为淡水的主要来源。大气中的氧是生命的必需,氮冲淡了氧,使氧化作用适中,氮和氧都是人类生活和生产的必需品。大气中还飘浮着多种固体微粒和液体微粒,统称为大气的气溶胶微粒,主要来源于火山喷发、流星燃烧的宇宙尘,森林失火等天然燃烧,土壤微粒,细菌类和植物孢子花粉,海水飞溅进入大气的盐粒,多集中于大气底层,可以成为水汽凝结的核心,对云雾形成起重要作用。可以对太阳辐射进行散射、漫射和吸收,对气温有一定影响。
雾霾天气是一种大气污染状态,是对大气中各种悬浮颗粒物含量超标的笼统表述。我们常说的雾霾其实是雾和霾的组合,但是雾是雾,霾是霾,雾和霾的区别很大。简单地说,空气中细微的水珠是雾,属于液体,而霾则是固体,是由空气中的微小尘粒、硫酸、硝酸、可吸入颗粒物等粒子组成的。它能使空气变浑浊,能见度降低,两者结合在一起就是雾霾。两者结合的情况,形象的比喻一下,就是小孩子玩泥巴,把沙泥和水混在一起,又混又脏。各种污染物的排放一旦超过大气循环能力和承载度,各种颗粒物浓度会持续积聚,如果此时天气处于静稳状态,就容易出现大范围的雾霾。
二氧化硫、氮氧化物以及可吸入颗粒物这三项是雾霾主要组成,前两者为气态污染物,最后一项颗粒物才是加重雾霾天气污染的罪魁祸首。它们与雾气结合在一起,让天空瞬间变得灰蒙蒙的。
一、二氧化硫二氧化硫是最常见的硫氧化物,无色气体,有强烈刺激性气味,也是大气主要污染物之一。煤和石油都含硫化合物,因此燃烧时会生成二氧化硫。二氧化硫被人体吸入呼吸道后,因易溶于水,故大部分被阻滞在上呼吸道。在湿润的粘膜上生成具有腐蚀性的亚硫酸,一部分进而氧化为硫酸,使刺激作用增强,如果人体每天吸入浓度为100 ppm的二氧化硫,8 小时后支气管和肺部将出现明显的刺激症状,使肺组织受到伤害。
如果二氧化硫随飘尘气溶胶微粒进入人体肺部深层,毒性将增加3~4 倍,会导致肺泡壁纤维增生。如果增生范围波及广泛,形成肺纤维性变,发展下去可使肺纤维断裂形成肺气肿。二氧化硫还可被人体吸收进入血液,对全身产生毒性作用,它能破坏酶的活力,影响人体新陈代谢,对肝脏造成一定的损害。
二、氮氧化物氮氧化物指的是由氮,氧两种元素组成的化合物,常见的有一氧化氮,二氧化氮,一氧化二氮,五氧化二氮等等。作为空气污染物的氮氧化物一般指的是一氧化氮和二氧化氮。大气中的氮氧化物除了自然循环排放的以外,大部分来自于化石燃料的燃烧,比如汽车,飞机,工业锅炉等的燃烧过程,也有化肥厂,金属冶炼厂生产过程中排放的。
氮氧化物会刺激肺部,降低人们对于感冒之类的呼吸系统疾病的抵抗力,还会造成儿童肺部发育受损。除此之外,以一氧化氮和二氧化氮为主的氮氧化物与碳氢化合物在紫外线照射下会发生反应形成有毒烟雾,也就是光化学烟雾光化学烟雾具有特殊气味,刺激眼睛,伤害植物,并能使大气能见度降低。1943年美国洛杉矶出现了光化学污染照成了800多人的死亡,很多人出现了眼睛痛,头痛,呼吸困难的症状。另外1970年日本东京的光化学烟雾事件也导致2万人患上了红眼病。
光化学烟雾的伤害很大,但是它的形成必须满足三个条件:一是大气中存在一定量的污染物,主要是氮氧化合物、碳氢化合物,来源是机动车和电厂废气;二是天气光照充足,只有在这样的天气条件下通过强光促成反应;三是挥发性有机物(VOC)和氮氧化物反应活跃,浓度严重超标,所以不需要过于担心。
三、可吸入颗粒物通常把粒径在10微米以下的颗粒物称为PM10,又称为可吸入颗粒物,它环境空气中持续的时间很长,对人体健康和大气能见度影响都很大。一些颗粒物来自污染源的直接排放,比如烟囱,化工长,工业锅炉等等。另一些则是由环境空气中硫氧化物、氮氧化物、挥发性有机化合物和其它化合物发生反应生成。其中第一种途径是可吸入颗粒物的主要来源,也是可吸入颗粒物污染控制的重要对象。
说到可吸入颗粒物,就肯定会想到PM25,它和PM10同为悬浮在大气中的颗粒物,只是粒径大小不同。PM25是PM10的一部分也就是直径在25微米以下的颗粒物。由于PM25粒径较小,人体的鼻腔、咽喉已经挡不住,它们可以一路下行,进入细支气管、肺泡,再通过肺泡壁进入毛细血管,再进入整个血液循环系统。对人体的呼吸系统和心血管系统造成伤害。
PM25主要来自于人为排放,包括一次排放和二次转化生成。一次排放主要来自燃烧过程及粉尘、扬尘。二次转化是指由二氧化硫、氨、氮氧化物和挥发性有机物等气态前体物在大气中通过化学反应而生成。
意义大了去了。水汽和二氧化碳是温室气体。会导致大气环流的改变。造成全球变暖。臭氧吸收紫外辐射。气溶胶和云相互作用对气候产生影响。
气溶胶粒子的谱分布是指对应于不同半径的气溶胶粒子浓度的分布。
气溶胶粒子能吸收和散射太阳辐射,削减到达地面的能量,减低低层大气的温度。另一方面,气溶胶粒子吸收了太阳能量,本身得到增温,并通过大气运动传输热量,提高高层大气的温度。对大气光学特性的影响气溶胶的大粒子对太阳光的散射和吸收影响大气能见度,天空颜色。
对大气电学特性的影响由于宇宙射线等的作用,大气低层存在离子,晴天大气电场方向向下。小离子被爱根核吸附成为大离子,在电场作用下形成垂直方向的传导电流。在大气化学过程中的作用气溶胶粒子在大气的许多化学过程中起作用,造成严重的大气污染事件。如阳伞效应大气气溶胶的阳伞效应。
大气成份:
地球大气由多种气体混合组成。低层(85公里以下)大气的气体成份可分为两类, 一类为常定成分,主要包括氮、氧、氩,以及微量的惰性气体氖、氦、氪、氙等,它们 在大气成份中保持固定的比例;第二类为可变成份,其比例随时间、地点而变,其中水 气的变化幅度最大,二氧化碳和臭氧所占比例最小,但对气候影响较大,硫、碳和氮的 各种化合物还影响到人类生存的环境。
通常把不含水汽、液体和固体杂质的大气称为干洁大气,简称干空气。
气 体 按容积百分比 按质量百分比 分子量
氮 78084 7552 280134
氧 20948 2315 319988
氩 0934 128 39948
二氧化碳 0033 005 440099
其中对人类活动及天气变化有影响的大气成份为:
(1),氧气:氧气占大气质量的23%,它是动植物生存、繁殖的必要条件。氧的主要 来源是植物的光合作用。有机物的呼吸和腐烂,矿物燃料的燃烧需要消耗氧而放出二 氧化碳。
(2),氮气:氮气占大气质量的76%,它的性质很稳定,只有极少量的氮能被微生物 固定在土壤和海洋里变成有机化合物。闪电能把大气中的氮氧化(变成二氧化氮),被 雨水吸收落入土壤成为植物所需肥料。
(3),二氧化碳:二氧化碳含量随地点、时间而异。人烟稠密的工业区占大气质量的 万分之五,农村大为减少。同一地区冬季多夏季少,夜间多白天少,阴天多晴天少。这 是因为植物的光合作用需要消耗二氧化碳。
(4),臭氧:臭氧是分子氧吸收短于024微米的紫外线辐射后重新结合的产物。臭氧 的产生必需有足够的气体分子密度,同时有紫外辐射,因此臭氧密度在22—35公里处为 最大。臭氧对太阳紫外辐射有强烈的吸收作用,加热了所在高度(平流层)的大气,对 平流层温度场和流场起着决定作用,同时臭氧层阻挡了强紫外幅射,保护了地球上的生 命。
(5),水汽:大气中的水汽来源于下垫面,包括水面、潮湿物体表面、植物叶面的蒸 发。由于大气温度远低于水面的沸点,因而水在大气中有相变效应。水汽含量在大气中 变化很大,是天气变化的主要角色,云、雾、雨、雪、霜、露等都是水汽的各种形态。 水汽能强烈地吸收地表发出的长波辐射,也能放出长波辐射,水汽的蒸发和凝结又能 吸收和放出潜热,这都直接影响到地面和空气的温度,影响到大气的运动和变化。
(6),其它成份:随着工业和交通运输事业的发展,二氧化硫、一氧化氮、硫化氢、 氨、一氧化碳等污染物体日渐增多,不仅直接危及人体健康,而且也影响着天气、气候 的变化。 (7),气溶胶质粒:实际大气中除了气体成份之外,还有各种各样的固体、液体微粒。 我们称悬浮着液体、固体粒子的气体为气溶胶,悬浮在气体介质中沉降速度很小的液体 和固体粒子称为气溶胶粒子,简称气溶胶;包括尘埃、烟粒、海盐颗粒、微生物、植物 孢子、花粉等,不包括云、雾、冰晶、雨雪等水成物。最小的气溶胶粒子基本上由燃烧 产生,如燃烧的烟粒,工业的粉尘,森林火灾,火山爆发等,也有宇宙尘埃。大粒子和 巨粒子的气溶胶粒子可由风刮起的尘埃、植物孢子和花粉或海面波浪气泡破裂产生。
气溶胶粒子可以吸附或溶解大气中某些微量气体,产生化学反应,污染大气。气溶 胶粒子还能吸附和散射太阳辐射,改变大气辐射平衡状态,或影响大气能见度。气溶胶 粒子又是大气中水汽凝结的核心,是成云致雨的必要条件。
其他
参考资料:
http://wwwjshlzxnet/klh/6/6103/text/6103_110htm
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