氣候變暖和低碳化學
化學試劑,九料化工商城 / 2020-11-11
近年來氣候變暖已引起全世界人們的關注。自1860年有氣象儀器觀測記錄以來，在150年間，全球平均氣溫升高了0.6℃。最暖的13個年份均出現在1983年以后。我國自1985年以來，連續(xù)出現了16個全國范圍的暖冬。為什么氣候會變暖?它對環(huán)境、生態(tài)有什么影響?化學應該怎樣和其他學科一起應付這種氣溫升高的趨勢?
地球氣候變暖的原因
地球氣候變暖的原因，有人認為是人類文明發(fā)展，用大量煤炭煉鋼鐵、生產水泥，用來修路、蓋樓，外出坐車、坐飛機居家燒暖氣、開冷氣，大量使用能源、大量放出熱量所引起。其實不然，全球氣候變的原因不是這么簡單。目前人類一年使用的全部能源約相當于100億噸石油，按標準油的熱值41.82MJ/kg計，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，每年用這些熱量給海水持續(xù)加熱1萬年，海水的溫度也增加不到1℃，顯然，地球變暖不能簡單地看做人類使用能源放出的熱量造成的使地球變暖的原因，在于大氣的化學成分起了變化，溫室氣體增加，出現溫室效應所致。主要的溫室氣體是二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4)。
對溫室效應的理解要從太陽輻射的能量和圍繞地球的大氣中各種分子的結構來分析。太陽輻射的能量主要是短波輻射，包括可見光和紫外光。地球吸收太陽能量的同時，也向太空輻射能量，達到能量收支平衡，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，即它是長波輻射。太陽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，如氮氣(N2)、氧氣(O2)和氫氣(H2)等，對太陽短波輻射的吸收很少，是微不足道的，即對太陽光是透明的:同樣這些單原子分子和雙原子分子對地球輻射到太空的低溫輻射也吸收很少，也是透明的。對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，它們對輻射的吸收性能就不同了，它們對太陽的短波輻射是“透明”的，但對地球表面發(fā)出的長波輻射有較強的吸收作用，是“不透明”的當離地面為1萬米到5萬米高空的平流層中CO2和CH4的濃度增加時，就會阻擋由地表發(fā)射到太空的長波輻射，即會減少由地球散發(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無形的保溫罩子，使地球形成一個溫室。這種作用稱為溫室效應，CO2和CH4等稱為溫室氣體?，F在人們認為溫室效應是使地球氣候變暖的主要原因。
根據1992年聯(lián)合國氣候變化框架公約中控制的六種溫室氣體，它們在大氣中能存在的生存期限、對氣候變化的潛在影響的大小、對溫室效應的“貢獻”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 分子式 生存期限/年 1個分子的相對潛在影響 對溫室效應的“貢獻“(％)
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，CO2對溫室效應的貢獻近2/3，是主要的。它在大氣中的體積分數由1958年的3.15×10，增加到1992年的3.55×104，和現在的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，它一個分子的潛在影響是一個二氧化碳分子的56倍，但它在大氣中的含量比CO2要低2-3個數量級，它的“貢獻”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”也將增大。
表中虛線以下所列的鹵代烴包括氟、氯、溴、碘的碳氫化合物、氣體分子，包括常見的四氯化碳、四氟化碳、氟氯烴，它是人工合成物質，這類物質性質穩(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，在平流層穩(wěn)定存在時間很長，對溫室效應的“貢獻”達10％。將它們歸為一起，按同類化合物計，已名列第三。
氣候變暖對環(huán)境生態(tài)的影響
氣候變暖對全球生態(tài)環(huán)境的影響引起人們極大關注，對其后果有著許多推測和預計首先是南、北極地區(qū)冰雪的消融，導致海平面升高，威脅沿海和低海拔地區(qū)人類的生活。據報道，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年來縮小9％，海冰的大量融化使北極地區(qū)反射太陽光能力減弱，沒有冰蓋的裸露水面吸收太陽能多，進一步增加地球變暖的趨勢。記錄表明，20世紀海平面升高了近20厘米，有人預測21世紀末全球海平面有可能上升近1米，這對一些沿和低海拔地區(qū)將是滅頂之災。例如，印度洋上馬爾代夫島國將深入海中，孟加拉國有1700萬人居住在海拔不足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，據報道，喜馬拉雅山脈冰川，每年退縮達10-15米，青藏高原地區(qū)的冰川面積近30年來縮減了4400多平方公里，比20世紀70年代減少了9％。這對依賴冰川積雪獲得水資源的地方構成威脅，對周圍地區(qū)生態(tài)環(huán)境已產生了明顯影響，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)一些臺風、洪水、冰雹、寒流等極端天氣事件或使這些自然災害更為猛烈。
第四，氣候變暖使生態(tài)環(huán)境發(fā)生變化，對生態(tài)的破壞力會急劇上升，這對農業(yè)生產以及人類的健康也會帶來影響.
第五，更為嚴重的后果是原來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，溫室效應加大，自然的力量促使地球變暖加劇有眾多科學家認為，當全球平均氣溫比工業(yè)革命前(即1750年前)升高2℃，是引發(fā)災難的臨界點?，F在已增溫0.8℃，只差1.2℃。預計當大氣中CO2含量達4×10時，就不可避免地導致全球増溫2℃。目前CO2含量已達3.8×104，而且每年以2×10在增長，10年內就會超過4×104的臨界值。擺在世界人民面前的形勢是非常嚴峻的。
化學已利用它的慧眼査明氣候變暖和極端氣候產生的元兇，這有利于各界采取行動予以制服。首先要掀起全民學習化學知識，認識溫室氣體中主要是CO2，要發(fā)展低碳產業(yè)，替代高碳產業(yè)。這個問題對我國是十分艱巨的任務。
我國是世界上人口最多的國家，也是最大的煤幾生產國和消費國，現在溫室氣體排放量僅次于美國，居世界第二預計不久，約十年內會居于首位。在目前的工業(yè)生產中，第鐵、建材、電力、汽車、化工、機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)生產面臨著能源和環(huán)境的雙重壓力。學習化學知識、節(jié)能減排和低碳生產的知識，深入思考所在的企業(yè)走向沒有廢氣、廢渣和熱能的排放途徑，實現高效的原子循環(huán)利用生產，已成為我國全民關注的大事。
其次，控制高排碳和高能耗產業(yè)，特別對有些在線生產的產品，其產量已超出國內需求，但因它在國際市場上走俏，仍爭先恐后地建設生產線，競相出口產品，這種為別國提供高能耗、高排放產品的產業(yè)，宜及早控制。鼓勵開發(fā)低碳新能源，特別是可持續(xù)發(fā)展的能源，如太陽能電池、風力發(fā)電等。
最后，積極植樹造林，森林是利用大氣中已有的二氧化碳進行光合作用，使它和水在植物的葉綠素中結合成糖類物質，包括纖維素和淀粉等。植樹造林可以防止水土流失、干早災荒，減少大氣中的三氧化碳，在我國已取得巨大成就，自1980年至2005年的25年間，我國森林覆蓋率提高到18％，累計吸收的二氧化碳約30億噸，約占我國人為排放量的10％?？梢灶A計，隨著森林長大，吸收的二氧化碳會逐年增加。
化學是什么?化學是具有慧眼能識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。
![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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