大气及大气中的污染物

2.2.1　大气及大气中的污染物

1.大气组成及其作用

包围在地球外壳的气体部分，叫作“大气圈”，通常称为大气。大气的主要成分是空气，另外还有少量水汽、尘埃和其他微量杂质。空气的主要成分是氮气（78.09%）、氧气（20.94%）、氩气（0.93%），三者共占整个空气总量的99.9%，空气中CO₂含量只有0.035%，另外还有一些稀有气体（He、Ne、Ar、Kr、Xe、CH₄、NO₂、SO₂、CO、NH₃、O₃等），总共也不超过总量的0.1%。

大气圈是地球组成中迁移活动最广泛最活跃的部分。由于大气圈总是不断地同生物圈进行物质交换，它是植物光合作用所需的二氧化碳和呼吸作用所需的氧气的来源，它提供了固氮细菌和合成氨工厂为制造氮化肥所需的氮，它也是水循环的一个传输体，把水资源从海洋输送到陆地（它就像太阳所驱动的蒸馏系统中的冷凝器）。因此，它是一切生物能量的直接供应者，是人类和一切生物赖以生存的十分重要的环境组成部分。同时，大气也是保护地球上的生命体免受外层空间有害环境危害的一个保护罩。

2.大气的结构

按大气的化学组成、物理性质（温度、扩散、电子密度等）和与地表面垂直分布特性，可将大气圈分成5个层次，即对流层、平流层、中间层、热层和逸散层。

（1）对流层

对流层位于大气圈的最底层，从地表到10～12千米的高度范围，对流层与人类的关系最密切。它的主要特征有：第一，对流层气温随高度增加而降低，大约每上升1千米，温度平均降低6℃，对流层上部分气温在－50℃左右。第二，对流层的气体密度大，因此天气现象（云、雾、雨、风等）及化学污染的产生与变化大都发生在这一层。第三，气体强烈的上下对流，贴近地面的空气受地面发散热量影响而膨胀上升，上层的冷空气因冷而下降。空气强烈对流对地面上污染物的扩散、稀释十分有利。相反，若形成下冷上热的“逆温”现象，污染物难以扩散，极容易造成污染事件。

（2）平流层

平流层位于距地表12～50千米处，其大气组成与对流层相近。与对流层不同的是，平流层含有大量的臭氧，其最高浓度可达0.1～0.2微克/克。平流层的温度由下而上逐渐升高，顶部温度最高可达273K，这是由于臭氧强烈吸收太阳紫外辐射的缘故。平流层的空气稀薄，水汽和尘埃的含量极微。

平流层中空气的气流运动以水平移动为主，因此大气组成稳定，很少有气象现象。若有污染物进入此区，会形成一薄层气流，停留在大气中，不易迁移和稀释。

（3）中间层

中间层距地表高度50～85千米。该层空气稀薄，臭氧浓度减少，气温随高度的增加而降低。

（4）热层

热层位于距地表85～500千米处。由于太阳紫外线和宇宙线的作用，中间层与热层空气分子变成离子，所以热层又称电离层。

（5）逸散层

电离层上部是逸散层。逸散层中大气极为稀薄，受地心引力极小，微粒可扩散到太空，是大气圈过渡到星际空间的中间层。

3.几种典型的污染化合物

（1）一氧化碳（CO）

CO是排放量最大的大气污染物之一，主要来源于燃料的不完全燃烧，如以汽油为燃料的机动车辆的排放，同时，家庭炉灶、煤气加工、工业燃煤锅炉等也排放大量的CO。高浓度的CO可以与血液中的血红蛋白结合，阻碍血液输氧，引起机体缺氧而发生中毒，同时，也会给植物的生长带来一定的危害。

（2）二氧化硫（SO₂）

二氧化硫是含硫化合物中典型的大气污染物，主要来源于化石燃料的燃烧、金属矿石冶炼、硫酸制造、石油提炼等。SO₂是形成酸雨的主要物质之一，同时高浓度的SO₂使人体患支气管炎、肺肿气等疾病的几率大大增加，导致植物叶面伤害、坏死，影响植物的生长。

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食物中的二氧化硫

二氧化硫是无机化学防腐剂中很重要的一位成员。其被作为食品添加剂已有几个世纪的历史，最早的记载是在罗马时代用作酒器的消毒。后来，由于二氧化硫具有漂白性和还原性，使得其具有防腐、抗氧化的作用，它被广泛地应用于食品中，并且被冠以“化妆品性的添加剂”之名，如制成二氧化硫缓释剂，用于葡萄等水果的保鲜贮藏，制造果干、果脯时的熏硫，使产品具有美好的外观等。长期以来，人们一直认为二氧化硫对人体是无害的，但自Baker等人在1981年发现亚硫酸盐可以诱使一部分哮喘病人哮喘复发后，人们重新审视二氧化硫的安全性。经长期毒理性研究，人们认为，亚硫酸盐制剂在当前的使用剂量下对多数人是无明显危害的。还有两点应该说明的是，食物中的亚硫酸盐必须达到一定剂量，才会引起过敏，即使是很敏感的亚硫酸盐过敏者，也不是对所有用亚硫酸盐处理过的食品均过敏，从这一点讲，二氧化硫是一种较为安全的防腐剂。

（3）氮氧化物（NO_x）

大气中的氮氧化合物主要是一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO₂）两种。它们主要来源于化石燃料的燃烧、生产及使用硝酸的过程。它们既是形成酸雨的主要物质之一，也是形成光化学烟雾和消耗臭氧的重要物质。

（4）碳氢化合物

大气中的碳氢化合物通常是指可挥发的所有碳氢化合物。它们主要来源于石油燃料的不充分燃烧、石油炼制、石油化工生产。碳氢化合物是形成光化学烟雾的主要成分，其中的多环芳烃化合物具有明显的致癌作用。

（5）卤素化合物

大气中以气态存在的卤素化合物主要有卤代烃、其他含氯化合物、氟化物。其主要来源于工业生产及人类生活。其中，氟及氟化氢对眼睛和呼吸道有强烈的刺激作用，也影响植物的生长；氟氯烃气体正在破坏我们赖以生存的臭氧层。