【文章內(nèi)容簡介】 候變化的影響。 污染物在大氣中的擴(kuò)散和輸送受風(fēng)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(fēng)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(kuò)散過程。 在平原地區(qū)，風(fēng)向和風(fēng)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(dāng)?shù)仫L(fēng)向頻率的影響，最高風(fēng)頻的下風(fēng)地區(qū)受污染的次數(shù)最多。在晴天的夜間，風(fēng)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(kuò)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(kuò)散能力增強(qiáng)。 在沿海(或濱湖)地區(qū)，由于海陸風(fēng)的交換，有時低層 排放的污染物被海陸風(fēng)輸送到一定距離后，又會被高空反氣流帶回到原地，導(dǎo)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(kuò)散能力也出現(xiàn)很大差異一般說來，陸面的大氣擴(kuò)散參數(shù)大于水面。 在山區(qū)，由于地形起伏，造成日輻射強(qiáng)度和輻射冷卻不均而引起的熱力環(huán)流，稱為地形風(fēng)。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(yīng)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(kuò)散受到限制，混合層內(nèi)的污染物濃度趨于均勻。 熱島效應(yīng)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(qiáng)，所以城市大氣擴(kuò)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(kuò)散被雨雪溶解的，氣體的分子擴(kuò)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(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)。這些反應(yīng)可使污染物毒性增強(qiáng)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?xì)浠衔锕泊嬗诖髿庵?，?jīng)紫外線照射，會發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生危害甚大的光化學(xué)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(xué)的一個重要的研究內(nèi)容。從19世紀(jì)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(yīng)，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(rèn)為飄塵具有“陽傘效應(yīng)”，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(xué)家甚至認(rèn)為，飄塵越多，增熱效果越大。因此飄塵的全球效應(yīng)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(yīng)。據(jù)估計，當(dāng)前全球人為釋放的熱量約相當(dāng)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(xué)者根據(jù)地球上不同地區(qū)的用能分布進(jìn)行數(shù)學(xué)模式計算，認(rèn)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(xué)是氣象學(xué)和技術(shù)科學(xué)的結(jié)合體，又是氣象學(xué)和化學(xué)、空氣動力學(xué)等學(xué)科的結(jié)合體。它的發(fā)展將促進(jìn)氣象科學(xué)和相應(yīng)科學(xué)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(xué)的出現(xiàn)也是氣象科學(xué)向綜合性學(xué)科發(fā)展的一個里程碑。環(huán) 境 地 球 化 學(xué)環(huán)境地球化學(xué)是環(huán)境科學(xué)與地球化學(xué)之間的一門新興的邊緣學(xué)科，是環(huán)境地學(xué)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(xué)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(xué)是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的，它的基礎(chǔ)是地球化學(xué)。地球化學(xué)是研究地球物質(zhì)化學(xué)運動規(guī)律的學(xué)科。 近代地球化學(xué)著重研究化學(xué)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(jī)和有機(jī)化合物在自然界的運動受地球化學(xué)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(jī)和有機(jī)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(xué)規(guī)律的支配。因此，地球化學(xué)的許多原理和方法可以應(yīng)用于環(huán)境問題的研究，這樣就促進(jìn)了環(huán)境科學(xué)與地球化學(xué)的結(jié)合，導(dǎo)致了環(huán)境地球化學(xué)這門新興的邊緣學(xué)科的誕生。環(huán)境地球化學(xué)的主要內(nèi)容 環(huán)境地球化學(xué)主要研究人類環(huán)境的化學(xué)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(xué)物質(zhì)對生物體和人體健康的影響三個方面 。 從地球化學(xué)的角度看：人類環(huán)境可分為五個地球化學(xué)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(xué)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(xué)性質(zhì)不斷地發(fā)生變化。 到了近代，人類運用強(qiáng)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(xué)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(chǔ)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(yán)重影響。 環(huán)境地球化學(xué)的重要任務(wù)之一就在于及時地研究現(xiàn)代環(huán)境化學(xué)變化的過程和趨勢，在原來地球化學(xué)的基礎(chǔ)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(xué)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(kuò)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(xué)作用不斷發(fā)生變化，如溶解、沉淀、水解、絡(luò)合與整合、氧化、還原、化學(xué)分解、光化學(xué)分解和生物化學(xué)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(luò)離子的毒性小于銅離子，且絡(luò)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(xué)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(jī)質(zhì)的數(shù)量和性質(zhì)等。 地球化學(xué)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(xué)性質(zhì)，所以應(yīng)用地球化學(xué)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(yù)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(biāo)準(zhǔn)和制定改造已被污染的環(huán)境的措施。 環(huán)境地球化學(xué)是在生物地球化學(xué)的基礎(chǔ)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(xué)的研究即指出：有機(jī)體中所含的化學(xué)元素與生物圈中所存在的化學(xué)元素成正比；組成有機(jī)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(jìn)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(xué)物質(zhì)，必然會以不同的程度進(jìn)入生物和人的機(jī)體。當(dāng)機(jī)體組織不能忍受這些物質(zhì)時，就會產(chǎn)生嚴(yán)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(xué)在這方面的任務(wù)不僅研究現(xiàn)代環(huán)境化學(xué)組成的變化同生命體、人體化學(xué)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(xué)演化等問題。環(huán)境地球化學(xué)的研究方法 環(huán)境地球化學(xué)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(xué)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(xué)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(jìn)行對比取樣分析。如在研究風(fēng)化殼的化學(xué)成分時，同時采集流經(jīng)這種風(fēng)化殼的河流的水樣進(jìn)行分析；在研究土壤的化學(xué)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(fēng)化殼的河流的水樣進(jìn)行分析；在研究土壤的化學(xué)成分時，同時采集生長在這種土壤上的植物樣品進(jìn)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(xué)聯(lián)系的資料，從而了解所研究的化學(xué)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(jī)制必須在實驗室內(nèi)進(jìn)行簡單的或復(fù)雜的模擬實驗，即在人工設(shè)計的環(huán)境中進(jìn)行某一過程的觀測研究。設(shè)計時所采用的環(huán)境參數(shù)既要服從實驗?zāi)康模忠M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(xué)的重要手段在環(huán)境地球化學(xué)研究中已經(jīng)