環(huán)境化學(xué)

米開朗基羅所完成的戴維像，原本座落在佛羅倫薩露天的領(lǐng)主廣場，后來基于保護古跡的理由將戴維像遷移至學(xué)院畫廊存放。下圖是佛羅倫薩另一角落具有悠久歷史的雕像，長久以來都擺放在室外展覽。拍攝時間分別是初完成時與近幾年。你知道這雕像產(chǎn)生如此差異的主要原因為何嗎?因為遭到人為破壞..................

到佛羅倫薩觀光的游客或當(dāng)?shù)氐木用瘢汲两鉂獾乃囆g(shù)氣息中，不會對雕像下此毒手。而且雕像上也沒明顯的破壞痕跡，所以不是人為的破壞所造成的。因為雕刻時偷工減料................

這座雕像是作者的心血結(jié)晶，希望能留給后人欣賞，所以雕刻時，一定費盡苦心，不會有偷工減料的嫌疑。因為遭到酸雨侵蝕..................答對了...主要就是酸雨將雕像侵蝕的面目全非。因為雕像受到風(fēng)化..................沒錯....風(fēng)化也是使雕像表面模糊的原因之一。但除了風(fēng)化外，還有其它原因會讓雕像的表面遭到侵蝕。酸雨的形成

將主要成份為碳酸鈣(CaCO3)的粉筆丟進裝有醋的燒杯，觀察到不斷有氣泡冒出，經(jīng)過檢驗后此氣體為二氧化碳。CaCO3+2H+______Ca2++H2O+CO2

CO2+H2O——H2CO3H2CO3——H++HCO3-

一般酸雨化學(xué)組成中，較重要的物種包括H+、Cl-、NO3-、SO42-、等數(shù)種。，一般而言NO3-及SO42-

為主要的致酸物質(zhì)。當(dāng)煤燃燒時，硫會產(chǎn)生二氧化硫，氮會產(chǎn)生氮氧化物，它們進入大氣中二氧化硫與水反應(yīng)會變成硫酸，氮氧化物與水結(jié)合后變成硝酸。這些酸性物質(zhì)漂浮在云中。當(dāng)下雨時，這些酸性物質(zhì)會隨著雨水從云中釋放出來，就造成酸雨。

有很多石化業(yè)者因高雄的港口發(fā)達，進出口原料貨物方便，所以在高雄設(shè)置石化工廠，排放大量一氧化氮，因此高雄的空氣充滿工業(yè)廢氣，進而引發(fā)酸雨污染。所以高雄是臺灣酸雨污染最嚴重的都市。表一

1930年代以后主要的工業(yè)煙霧災(zāi)害地點時間期間死亡人數(shù)MeuseValley，Liege，比利時1930年12月三天60Donora，Pa，美國1948年8月五天20London，英國1952年12月

1956年1月

1957年12月

1962年12月五天

五天

三天

五天4000

1000

700-800700NewYork，美國1963年1~2月

1966年11月十五天三天200-400168

許多國內(nèi)外研究者，已將所謂「酸雨」認知為當(dāng)雨水酸堿值在5.0以下時，即確定受到人為酸性污染物的影響。因此，已統(tǒng)一雨水酸堿值達5.0以下時，正式定義為「酸雨」。光煙霧的生成都市中的光煙霧，在溫暖、干燥而且陽光充足的日子，特別嚴重。它的原級污染物，主要是一氧化氮(NO)。一氧化氮乃是空氣中的氮氣和氧氣，在引擎的高溫下，相互反應(yīng)而生成。N2+O2+熱→2NO

事實上，這個一氧化氮的生成過程，與閃電時產(chǎn)生一氧化氮的過程相同。其它光煙霧的原級污染物，包括汽油揮發(fā)所產(chǎn)生的碳氫化合物和一氧化碳(CO)。一般而言，每燃燒1公升的汽油，會產(chǎn)生大約230公克的一氧化碳的污染。

一氧化氮是一種無色的氣體，但是當(dāng)它從汽車廢氣排入空氣后，會緩慢地與空氣中的氧氣反應(yīng)，產(chǎn)生黃褐色的二氧化氮。隨后，在陽光中的紫外線照射下，二氧化氮會進行光化學(xué)反應(yīng)而裂解，產(chǎn)生一氧化氮和原子態(tài)的氧。由于原子態(tài)的氧的化學(xué)反應(yīng)力相當(dāng)強，非常容易與空氣中的氧分子起作用，而生成臭氧(O3)：NO2+紫外線→NO+OO+O2+M→O3+M*

其中M可以是氮氣分子、氧氣分子或是固體微粒。它的作用，乃是吸收在臭氧分子的生成過程中，所釋放出來的熱量。臭氧是一種刺鼻性非常強的分子，如果空氣中每一億個氣體分子，含有一個臭氧分子，我們的鼻子就可以辨識出它的存在。女生平均壽命總是比男生平均壽命高。你知道這是為什么嗎?

地球外氣層有一層薄薄的臭氧，太陽光照射到地球時，臭氧會吸收紫外光，分解成氧氣，避免地球人類受過量紫外線傷害。但臭氧層越來越薄，使地球人類受過量紫外線傷害，導(dǎo)致皮膚產(chǎn)生病變。而女生就是因為有化妝，能隔絕紫外光之傷害，所以平均壽命比男生高。臭氧層破壞

臭氧層是地球最好的保護傘，它吸收了來自太陽的大部分紫外線。然而近二十年的科學(xué)研究和大氣觀測發(fā)現(xiàn)：每年春季南極大氣中的臭氧層一直在變薄，事實上在極地大氣中存在一個臭氧“洞”

這種臭氧損耗現(xiàn)象是一種反?，F(xiàn)象，這是否表明這一紫外線吸收層正處于全球性災(zāi)難呢？通過不斷的科學(xué)研究，人們發(fā)現(xiàn)人類社會活動釋放的物質(zhì)嚴重的破壞了臭氧層，當(dāng)然這種現(xiàn)象還受到這一地區(qū)獨特的氣象狀態(tài)（極渦、寒冷的平流層溫度、極地平流層云）的影響。

發(fā)現(xiàn)過程

英國南極測量局的大氣科學(xué)家在南極進行了一項研究計劃，這一研究計劃分別在地面和空中進行。球載儀器一般是檢測該儀器所行進的大氣的構(gòu)成及其化學(xué)性質(zhì)。陸基探測儀和星載探測儀則執(zhí)行遙測任務(wù)。這些研究活動采取了國際合作方式。例如，1987年代表19個組織和四個國家的大約150名科學(xué)家和輔助人員聚會于智利的蓬塔阿雷納斯,進行了一項規(guī)?？涨暗难芯浚礄C載南極臭氧實驗。這項實驗表明1987年臭氧洞大小達到歷史最大。這一發(fā)現(xiàn)震驚了科學(xué)界。形成機理

南極“臭氧洞”的成因目前尚無定論，其中最為令人信服的當(dāng)是污染物質(zhì)學(xué)說。此外還有：美國宇航局漢普頓芝利中心Callis等人提出南極臭氧層的破壞與強烈的太陽活動有關(guān)；麻省理工學(xué)院的Tung等人認為是南極存在獨特的大氣環(huán)境造成冬末春初臭氧耗竭，根據(jù)大氣動力學(xué)說，指出大量氯氟烴化合物的使用，以及南極初春沒有足夠陽光產(chǎn)生大量氧原子，并因此提出了不需要氧原子的循環(huán)機理。

地球的表面包著一層大氣層，在垂直方向上可以粗略分為對流層、平流層、中氣層、增溫層。在平流層中，氧分子因高能量紫外線輻射分解成氧原子(O)，而氧原子又與另一氧分子(O2)結(jié)合生成臭氧。O2———2OO+O2————O3最主要的臭氧層殺手為NO&CFCl3兩大化學(xué)物質(zhì)。氟氯碳化物CFCl3使用于噴霧罐與工廠冷凍專用冷煤。由噴霧罐噴出后會一直往上飄致臭氧層，到達臭氧層后立即進行碳氯鍵之?dāng)嗔焉陕仍幼杂苫?，然后會立即進行永不終止式的循環(huán)催化反應(yīng)。臭氧層破壞的后果

（一）對人體健康的影響陽光紫外線UV-B的增加對人類健康有嚴重的危害作用。潛在的危險包括引發(fā)和加劇眼部疾病、皮膚癌和傳染性疾病。對有些危險如皮膚癌已有定量的評價，但其他影響如傳染病等目前仍存在很大的不確定性。實驗證明紫外線會損傷角膜和眼晶體，如引起白內(nèi)障、眼球晶體變形等。據(jù)分析，平流層臭氧減少1％，全球白內(nèi)障的發(fā)病率將增加0.6％～0.8％，全世界由于白內(nèi)障而引起失明的人數(shù)將增加10000～15000人；如果不對紫外線的增加采取措施，從現(xiàn)在到2075年，UV-B輻射的增加將導(dǎo)致大約1800萬例白內(nèi)障病例的發(fā)生。（二）對陸生植物的影響臭氧層損耗對植物的危害的機制目前尚不如其對人體健康的影響清楚，但在已經(jīng)研究過的植物品種中，超過50％的植物有來自UV-B的負影響，比如豆類、瓜類等作物，另外某些作物如土豆、番茄、甜菜等的質(zhì)量將會下降。植物的生理和進化過程都受到UV-B輻射的影響，甚至與當(dāng)前陽光中UV-B輻射的量有關(guān)。植物也具有一些緩解和修補這些影響的機制，在一定程度上可適應(yīng)UV-B輻射的變化。當(dāng)植物長期接受UV-B的輻射時，可能會造成植物形態(tài)的改變，植物各部位生物質(zhì)的分配，各發(fā)育階段的時間及二級新陳代謝等。對森林和草地，可能會改變物種的組成，進而影響不同生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性分布。目前，這方面的研究工作尚處起步階段。（三）對水生生態(tài)系統(tǒng)的影響世界上30％以上的動物蛋白質(zhì)來自海洋，滿足人類的各種需求。在許多國家，尤其是發(fā)展中國家，這一百分比往往還要高。海洋浮游植物并非均勻分布在世界各大洋中，通常高緯度地區(qū)的密度較大，熱帶和亞熱帶地區(qū)的密度要低10到100倍。除可獲取的營養(yǎng)物，溫度，鹽度和光外，在熱帶和亞熱帶地區(qū)普遍存在的陽光UV-B的含量過高的現(xiàn)象也在浮游植物的分布中起著重要作用。（四）對生物化學(xué)循環(huán)的影響

對陸生生態(tài)系統(tǒng)，紫外線增加會改變植物的生成和分解，進而改變大氣中重要氣體的吸收和釋放。例如，在強烈UV-B照射下，地表落葉層的降解過程被加速；而當(dāng)主要作用是對生物組織的化學(xué)反應(yīng)而導(dǎo)致埋在下面的落葉層光降解過程減慢時，降解過程被阻滯。植物的初級生產(chǎn)力隨著UV-B輻射的增加而減少，但對不同物種和某些作物的不同栽培品種來說影響程度是不一樣的。

UV-B輻射對水生生態(tài)系統(tǒng)也有顯著的作用。這些作用直接造成水生生態(tài)系統(tǒng)中碳循環(huán)、氮循環(huán)和硫循環(huán)的影響。UV-B對水生生態(tài)系統(tǒng)中碳循環(huán)的影響主要體現(xiàn)于UV-B對初級生產(chǎn)力的抑制。在幾個地區(qū)的研究結(jié)果表明，現(xiàn)有UV-B輻射的減少可使初級生產(chǎn)力增加，由南極臭氧洞的發(fā)生導(dǎo)致全球UV-B輻射增加后，水生生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)力受到損害。除對初級生產(chǎn)力的影響外，UV-B還會抑制海洋表層浮游細菌的生長，從而對海洋生物地球化學(xué)循環(huán)產(chǎn)生重要的潛在影響。

（五）對材料的影響

UV-B的增加會加速建筑、噴涂、包裝及電線電纜等所用材料，尤其是高分子材料的降解和老化變質(zhì)。特別是在高溫和陽光充足的熱帶地區(qū)，這種破壞作用更為嚴重。由于這一破壞作用造成的損失估計全球每年達到數(shù)十億美元。

UV-B無論是對人工聚合物，還是天然聚合物以及其他材料都會產(chǎn)生不良影響，加速它們的光降解，從而限制了它們的使用壽命。研究結(jié)果已證實UV-B輻射對材料的變色和機械完整性的損失有直接的影響。

通過分析我們似乎可以得出以下的主要觀點：（1）南極"臭氧洞"是在南極春季特殊的溫度和環(huán)流狀況下由極地平流層云參與和非均相化學(xué)反應(yīng)而引發(fā)產(chǎn)生的特殊現(xiàn)象。（2）極地旋渦等其它因素對氣體成分輸送的影響不是南極"臭氧洞"形成的決定因素，而只能影響臭氧洞的強度。（3）太陽周期變化通過光化學(xué)反應(yīng)對南極"臭氧洞"強弱的影響可以忽略。

溫室效應(yīng)

溫室效應(yīng)’是指地球大氣層上的一種物理特性。假若沒有大氣層，地球表面的平均溫度不會是現(xiàn)在合宜的15℃，而是十分低的-18℃。這溫度上的差別是由于一類名為溫室氣體所引致，這些氣體吸收紅外線輻射而影響到地球整體的能量平衡。在現(xiàn)況中，地面和大氣層在整體上吸收太陽輻射后能平衡于釋放紅外線輻射到太空外(圖一)。但受到溫室氣體的影響，大氣層吸收紅外線輻射的份量多過它釋放出到太空外，這使地球表面溫度上升，此過程可稱為‘天然的溫室效應(yīng)’。但由于人類活動釋放出大量的溫室氣體，結(jié)果讓更多紅外線輻射被折返到地面上，加強了‘溫室效應(yīng)’的作用。溫室氣體種類溫室氣體占大氣層不足1%。其總濃度需視乎各‘源’和‘匯’的平衡結(jié)果?！础侵改承┗瘜W(xué)或物理過程使到溫室氣體濃度增加，相反‘匯’是令其減少。人類的活動可直接影響各種溫室氣體的‘源’和‘匯’而因此改變了其濃度。大氣層中主要的溫室氣體可有二氧化碳(CO2)，甲烷(CH4)，一氧化二氮(N2O)，氯氟碳化合物(CFCs)及臭氧(O3)。大氣層中的水氣(H2O)雖然是‘天然溫室效應(yīng)’的主要原因，但普遍認為它的成份并不直接受人類活動所影響。表一顯示了一些溫室氣體的特性。溫室氣體濃度的轉(zhuǎn)變

i)二氧化碳(CO2)

夏威夷的冒納羅亞觀象臺在1958年已開始對大氣層CO2濃度作仔細量度。表二顯示CO2在大氣層中的每年平均濃度由1958年約315ppmv(百萬份之一體積)升至1997年約363ppmv。冒納羅亞觀象臺的數(shù)據(jù)亦反映了每年在北半球因為植物呼吸作用而產(chǎn)生的周期變化：CO2濃度在秋冬季時增加而在春夏季時減少。與北半球比較，這種隨著植物生長及凋萎的CO2濃度周年變化在南半球的出現(xiàn)時間是剛剛相反，而且變化幅度較小，這種現(xiàn)象在赤度附近地區(qū)則完全看不到。

ii)甲烷(CH4)CH4在大氣層中的增長速度已在近十年減少下來，尤其在1991至1992年間有明顯的下降，但在1993年后期亦有些增長。1980至1990的平均增長速度是每年13ppbv(十億份之一體積)。iii)一氧化二氮(N2O)從過往40年間，N2O的平均升幅是每年0.25%(見圖四)?，F(xiàn)時在對流層的N2O濃度在312到314ppbv左右。iv)氯氟碳化合物(CFCs)在各種氯氟碳化合物中,以CFC-11及CFC-12較為重要，因為其濃度比較高與及它們對平流層內(nèi)的O3有很大影響。在多種人造的氯氟碳化合物中，以CFC-11及CFC-12的濃度最高，分別約為0.27及0.55ppbv(量度于冒納羅亞觀象臺,1997,見圖五和六)。從它們的‘全球變暖潛能’數(shù)值，顯示這兩種氣體吸收紅外線輻射的能力相當(dāng)高，估計在八十年代期間除了CO2以外，CFC-11及CFC-12在所有溫室氣體中對輻射力的影響已占了三份之一。i)氣候轉(zhuǎn)變：‘全球變暖’

溫室氣體濃度的增加會減少紅外線輻射放射到太空外，地球的氣候因此需要轉(zhuǎn)變來使吸取和釋放輻射的份量達至新的平衡。這轉(zhuǎn)變可包括‘全球性’的地球表面及大氣低層變暖，因為這樣可以將過剩的輻射排放出外。雖然如此，地球表面溫度的少許上升可能會引發(fā)其它的變動，例如：大氣層云量及環(huán)流的轉(zhuǎn)變。當(dāng)中某些轉(zhuǎn)變可使地面變暖加劇(正反饋)，某些則可令變暖過程減慢(負反饋)。

i)氣候轉(zhuǎn)變：‘全球變暖’溫室效應(yīng)增強后的效果ii)海平面升高

假若‘全球變暖’正在發(fā)生，有兩種過程會導(dǎo)致海平面升高。第一種是海水受熱膨脹令水平面上升。第二種是冰川和格陵蘭及南極洲上的冰塊溶解使海洋水份增加。預(yù)期由1900年至2100年地球的平均海平面上升幅度介乎0.09米至0.88米之間。ii)海平面升高對人類生活的潛在影響i)經(jīng)濟的影響

全球有超過一半人口居住在沿海100公里的范圍以內(nèi)，其中大部份住在海港附近的城市區(qū)域。所以，海平面的顯著上升對沿岸低洼地區(qū)及海島會造成嚴重的經(jīng)濟損害，例如：加速沿岸沙灘被海水的沖蝕、地下淡水被上升的海水推向更遠的內(nèi)陸地方。ii)農(nóng)業(yè)的影響實驗證明在CO2高濃度的環(huán)境下，植物會生長得更快速和高大。但是，‘全球變暖’的結(jié)果可會影響大氣環(huán)流，繼而改變?nèi)虻挠炅糠植寂c及各大洲表面土壤的含水量。由于未能清楚了解‘全球變暖’對各地區(qū)性氣候的影響，以致對植物生態(tài)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)變亦未能確定。iii)海洋生態(tài)的影響沿岸沼澤地區(qū)消失肯定會令魚類，尤其是貝殼類的數(shù)量減少。河口水質(zhì)變咸可會減少淡水魚的品種數(shù)目，相反該地區(qū)海洋魚類的品種也可能相對增多。至于整體海洋生態(tài)所受的影響仍未能清楚知道。iv)水循環(huán)的影響全球降雨量可能會增加。但是，地區(qū)性降雨量的改變則仍未知道。某些地區(qū)可有更多雨量，但有些地區(qū)的雨量可能會減少。此外，溫度的提高會增加水份的蒸發(fā)，這對地面上水源的運用帶來壓力。油氣污染

城市的加油站油氣污染已成為一個新的環(huán)境污染熱點問題。近年來，隨著城市交通事業(yè)迅猛發(fā)展，伴隨而來的是加油站像雨后春筍般在城鄉(xiāng)各處“冒出來”，城鄉(xiāng)交通主干道旁加油站“五步一崗三步一哨”隨處可見。專家介紹，加油站的油氣污染主要是在加油作業(yè)過程中產(chǎn)生的，如油罐車卸油、油槍加油時油氣的外泄和揮發(fā)，以及汽車油箱滿溢或加油操作疏忽造成的泄漏等。這些油氣的揮發(fā)物在加油站周圍四處“漫游”，促使加油站附近的非甲烷總烴含量非常高，同時汽油和柴油中其它有毒有害物質(zhì)也充斥油站附近的空氣中。這些揮發(fā)物對人體健康有害，吸入后會誘發(fā)呼吸道疾病，同時也成為釀成光化學(xué)煙霧的重要因素。

在兩個透明塑料箱的底部都放入香煙，并在其中一個塑料箱再放入面紙。一個小時后，發(fā)現(xiàn)箱子里的煙霧已經(jīng)被衛(wèi)生紙吸附干凈了。同理加