【文章內(nèi)容簡介】 候變化的影響。 污染物在大氣中的擴散和輸送受風和溫度的空間分布的制約，而大氣湍流運動則引起污染物的稀釋和再分配。風和溫度的空間分布、大氣湍流狀況同地形、下墊面狀況(水面、陸面、植被、城市等)有密切關(guān)系。地形和下墊面等狀況不同也會影響污染物的輸送和擴散過程。 在平原地區(qū)，風向和風速在某一水平面上是均勻的。某一污染源 排放的污染物受當?shù)仫L向頻率的影響，最高風頻的下風地區(qū)受污染的次數(shù)最多。在晴天的夜間，風速較小時，近地面幾百米高度出現(xiàn)輻射逆溫層，大氣穩(wěn)定，污染物的擴散能力差 ；在中午前后，溫度垂直遞減率每100米可大于1℃，熱力和動力湍流發(fā)展，大氣很不穩(wěn)定，污染物的擴散能力增強。 在沿海(或濱湖)地區(qū)，由于海陸風的交換，有時低層 排放的污染物被海陸風輸送到一定距離后，又會被高空反氣流帶回到原地，導致原地污染物濃度的增加。 由于水陸氣溫的差異(春、夏季水面氣溫低于陸面，而秋冬季則相反)，在冷水面(或陸面)形成的逆溫層的空氣流經(jīng)暖陸面(或水面)，逆溫層被破壞，逆溫層上部積聚的污染物被熱對流帶到地面，在短時間內(nèi)會產(chǎn)生污染物濃度增高的“熏煙過程”。 此外，由于陸面的粗糙度大于水面，水陸溫度差異造成大氣穩(wěn)定度的差異，大氣擴散能力也出現(xiàn)很大差異一般說來，陸面的大氣擴散參數(shù)大于水面。 在山區(qū)，由于地形起伏，造成日輻射強度和輻射冷卻不均而引起的熱力環(huán)流，稱為地形風。在地形的影響下山谷中不同位置、不同高度的大氣運動狀況不同，對污染物的輸送能力也各不相同。 在城市，熱島效應使城市溫度的垂直分布在白天和夜晚都是遞減的，形成城市混合層。污染物的垂直擴散受到限制，混合層內(nèi)的污染物濃度趨于均勻。 熱島效應形成熱島環(huán)流，還會增加輻合區(qū)的污染。輻合上升氣流使高煙囪的煙氣上升，減少了對城市的污染。由于城市對氣流的擾動和城市大氣的熱對流造成的揣流比平原地區(qū)強，所以城市大氣擴散的能力比平原大得多。 在重力作用下，大氣中一些顆粒物會沉降到地面。大氣降水能沖洗大氣中的污染物。雨雪在降落過程中通過碰撞而捕獲大氣中的顆粒物，捕獲量同雨滴大小、顆粒物大小和密度有關(guān)。雪花比雨滴體積大，降落慢，同樣的降水量，雪的沖刷能力比雨大。氣態(tài)污染物是通過分子擴散被雨雪溶解的，氣體的分子擴散系數(shù)越大，溶解度也越大，清洗作用也就越大。因此降水的沖刷作用能使大氣中的污染物濃度顯著減低。 污染物在大氣環(huán)境諸因素的影響下發(fā)生極為復雜的化學反應。這些反應可使污染物毒性增強或減弱，或者喪失，或者形成新的污染物。 二氧化硫在日光照射下可氧化成三氧化硫 ，三氧化硫溶于大氣中的水，形成硫酸霧。二氧化硫也可溶于水，形成亞硫酸，再氧化成硫酸。氮氧化物與臭氧化合溶于大氣中的水，可形成硝酸。硫酸和硝酸可使雨水酸化，也可能與其他物質(zhì)化合形成鹽類。氮氧化合物和碳氫化合物共存于大氣中，經(jīng)紫外線照射，會發(fā)生光化學反應而產(chǎn)生危害甚大的光化學煙霧。 大氣污染對局部地區(qū)氣候和區(qū)域氣候也會發(fā)生影響。由于大氣污染。由于能見度降低，受污染地區(qū)的太陽輻射量比周圍地區(qū)少15～20%，而紫外線則少得更多。 城市污染源向大氣中排放大量顆粒物。這些顆粒物作為凝結(jié)核把水氣凝聚成水筋，在熱島輻合上升氣流的作用下造成降水。據(jù)英國和北美幾個城市統(tǒng)計，這些城市的降水量比郊區(qū)多5～10%。 大氣污染對全球氣候的影響，也是污染氣象學的一個重要的研究內(nèi)容。從19世紀開始，大氣中的二氧化碳在不斷增長。二氧化碳吸收太陽和地面的紅外輻射形成溫室效應，會使地面溫度增加。不過50年代以來全球二氧化碳 排放量雖然增多，但氣溫反而下降。關(guān)于這個問題還需要探討。 大氣中的飄塵有三分之一是人為排放的。過去認為飄塵具有“陽傘效應”，它能反射和吸收太陽輻射能，特別是減少紫外光的透過，使地面獲得的太陽輻射能減少，引起氣溫降低。以后的模式試驗表明，飄塵增加不多時，地面有增溫現(xiàn)象。個別科學家甚至認為，飄塵越多，增熱效果越大。因此飄塵的全球效應仍是值得繼續(xù)研究的問題。 人類消費能源所釋放的熱量也有增溫的效應。據(jù)估計，當前全球人為釋放的熱量約相當于全球接受的太陽輻射能量的萬分之一。即使今后人口增加到200億，%左右，只能使地面氣溫增加1℃。美國和澳大利亞等國學者根據(jù)地球上不同地區(qū)的用能分布進行數(shù)學模式計算，認為在近期人類使用能量的水平上，對氣候尚不至于有顯著的影響。 污染氣象學是氣象學和技術(shù)科學的結(jié)合體，又是氣象學和化學、空氣動力學等學科的結(jié)合體。它的發(fā)展將促進氣象科學和相應科學的發(fā)展。大氣污染證明了人類本身也參加了氣象過程，并且影響越來越大。因此，污染氣象學的出現(xiàn)也是氣象科學向綜合性學科發(fā)展的一個里程碑。環(huán) 境 地 球 化 學環(huán)境地球化學是環(huán)境科學與地球化學之間的一門新興的邊緣學科，是環(huán)境地學的一個分支。它主要研究環(huán)境中天然的和人為釋放的化學物質(zhì)的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，及其與環(huán)境質(zhì)量、人體健康的關(guān)系。 環(huán)境地球化學是20世紀70年代發(fā)展起來的，它的基礎是地球化學。地球化學是研究地球物質(zhì)化學運動規(guī)律的學科。 近代地球化學著重研究化學元素在地殼中的遷移、轉(zhuǎn)化、分散和富集問題。各種金屆和非金屆元素、各種天然的無機和有機化合物在自然界的運動受地球化學規(guī)律的支配。隨著社會生產(chǎn)的發(fā)展，出現(xiàn)了環(huán)境問題。 人為釋放的各種金屬和非金屬元素、各種無機和有機化合物也加入自然界原有物質(zhì)循環(huán)之中，它們在自然界的運動同樣受地球化學規(guī)律的支配。因此，地球化學的許多原理和方法可以應用于環(huán)境問題的研究，這樣就促進了環(huán)境科學與地球化學的結(jié)合，導致了環(huán)境地球化學這門新興的邊緣學科的誕生。環(huán)境地球化學的主要內(nèi)容 環(huán)境地球化學主要研究人類環(huán)境的化學性質(zhì)、研究污染物在環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律、研究環(huán)境中的化學物質(zhì)對生物體和人體健康的影響三個方面 。 從地球化學的角度看：人類環(huán)境可分為五個地球化學系統(tǒng)，即表面巖石圈系統(tǒng)、大氣系統(tǒng)、水系統(tǒng)、土壤生物系統(tǒng)和技術(shù)系統(tǒng)。為了改善人類環(huán)境質(zhì)量，必須深入了解這些系統(tǒng)的地球化學性質(zhì)。這些系統(tǒng)是在地質(zhì)歷史過程中逐步演化、依次產(chǎn)生的，它們的化學性質(zhì)不斷地發(fā)生變化。 到了近代，人類運用強大的技術(shù)力量大規(guī)模地改變自然界的面貌，地殼深處大量的化學物質(zhì)被采掘出來，種類越來越多、數(shù)量越來越大的自然界本來不存在的化合物被合成出來，它們中的一部分不可避免地被散布到環(huán)境中。在原來環(huán)境物質(zhì)循環(huán)的基礎上，疊加了這些新的物質(zhì)的循環(huán)，對人類環(huán)境質(zhì)量產(chǎn)生了嚴重影響。 環(huán)境地球化學的重要任務之一就在于及時地研究現(xiàn)代環(huán)境化學變化的過程和趨勢，在原來地球化學的基礎上，更加深入地研究組成人類環(huán)境的各個系統(tǒng)的地球化學性質(zhì)。 人為散發(fā)的污染物在環(huán)境中不斷發(fā)生空間位置的移動和存在形態(tài)的轉(zhuǎn)化。這種遷移轉(zhuǎn)化的結(jié)果，可以向著有利的方向發(fā)展，如污染物被稀釋、擴散、分解，甚至消失；也可以向著不利的方向發(fā)展，如污染物在某些條件下積累起來，轉(zhuǎn)變成為持久的次生污染物。 污染物在環(huán)境中的存在形態(tài)可以通過各種化學作用不斷發(fā)生變化，如溶解、沉淀、水解、絡合與整合、氧化、還原、化學分解、光化學分解和生物化學分解等。 污染物的存在形態(tài)不同，其毒性也往往不同，如六價鉻的毒性大于三價鉻，銅的絡離子的毒性小于銅離子，且絡離子愈穩(wěn)定，其毒性愈小。 污染物的存在形態(tài)不同，生物對它的吸收作用也不同，如水稻易于吸收金屆汞、甲基汞，而不吸收硫化汞。在環(huán)境污染研究中，不但要研究污染物的總量，還必須研究污染物的形態(tài)。 在一個特定的環(huán)境中，污染物的存在形態(tài)取決于環(huán)境的地球化學條件，如環(huán)境的酸堿條件、氧化還原條件，環(huán)境中膠體的種類和數(shù)量、環(huán)境中有機質(zhì)的數(shù)量和性質(zhì)等。 地球化學的研究表明，在地球表面上的每一特定地區(qū)都有它特有的地球化學性質(zhì)，所以應用地球化學的原理和方法，能夠較好地闡明污染物在環(huán)境中遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律。這方面的研究有助于評價環(huán)境質(zhì)量，預測環(huán)境質(zhì)量變化的趨勢；有助于了解自然界對污染物的自然凈化能力；有助于制定環(huán)境標準和制定改造已被污染的環(huán)境的措施。 環(huán)境地球化學是在生物地球化學的基礎上發(fā)展起來的。關(guān)于環(huán)境元素和生命元素的關(guān)系，早在40年代，生物地球化學的研究即指出：有機體中所含的化學元素與生物圈中所存在的化學元素成正比；組成有機體的主要元素在生物圈中都是容易形成氣體和水溶性化合物的元素。 人體的組成是人類在漫長的歲月中通過新陳代謝，與環(huán)境進行物質(zhì)交換，并通過遺傳、變異等過程建立了動態(tài)平衡的結(jié)果。顯然，人類釋放到環(huán)境中的各種各樣的化學物質(zhì)，必然會以不同的程度進入生物和人的機體。當機體組織不能忍受這些物質(zhì)時，就會產(chǎn)生嚴重的后果。汞污染引起的水俁病和鎘污染引起的痛痛病是這方面的突出的例子。 環(huán)境地球化學在這方面的任務不僅研究現(xiàn)代環(huán)境化學組成的變化同生命體、人體化學組成和人類健康的關(guān)系，而且在更廣闊的地質(zhì)背景上研究宇宙元素、地殼元素、海洋元素同生命元素之間的關(guān)系，研究生命過程的地球化學演化等問題。環(huán)境地球化學的研究方法 環(huán)境地球化學的研究方法通常有兩種：現(xiàn)場調(diào)查研究法和實驗室模擬試驗研究法。 在現(xiàn)場調(diào)查研究方面，科學地確定取樣地點最為重要。采樣點必須有代表性和有足夠的數(shù)量。為查明化學物質(zhì)在環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化特點，通常采用共軛布點法。 所謂共軛布點法就是同時對各種有關(guān)連的環(huán)境要素進行對比取樣分析。如在研究風化殼的化學成分時，同時采集流經(jīng)這種風化殼的河流的水樣進行分析；在研究土壤的化學成分時，同時采集生長在這種土壤上的植物樣品集流經(jīng)這種風化殼的河流的水樣進行分析；在研究土壤的化學成分時，同時采集生長在這種土壤上的植物樣品進行分析，這樣就能獲得關(guān)于環(huán)境諸要素間存在著密切的地球化學聯(lián)系的資料，從而了解所研究的化學物質(zhì)在全環(huán)境中的遷移狀況。 現(xiàn)場調(diào)查研究法只能說明所研究的物質(zhì)在環(huán)境中遷移作用的結(jié)果，而不能說明這種結(jié)果發(fā)生的原因和機制必須在實驗室內(nèi)進行簡單的或復雜的模擬實驗，即在人工設計的環(huán)境中進行某一過程的觀測研究。設計時所采用的環(huán)境參數(shù)既要服從實驗目的，又要盡可能接近環(huán)境的實際情況。 現(xiàn)代分析測試技術(shù)是研究環(huán)境地球化學的重要手段在環(huán)境地球化學研究中已經(jīng)