环境问题中的物理知识.doc

“环境问题”中的物理知识 洞一中 叶延年 理科综合测试题中，有一类以“环境问题”为背景材料的问题，其中的一个热点－－环境污染及防治问题（如温室效应、酸雨问题和臭氧层衰竭等三大环境问题），其中除涉及较多与生物、化学有关的知识外，还涉及了一些与物理知识有关的内容。 ●地球的温室效应 1、什么是温室效应 在物理学上是指透射阳光的密闭空间，由于与外界缺乏对流等的热交换而产生的保温效应。 例如：如农业上的塑料薄膜育秧技术、塑料大棚菜畦、玻璃窗苗广床，生活中用到的太阳能集热器等，均是利用了“温室效应”的共同原理。 2、地球的温室效应 我们居住的地球，就是一个“大温室”。在地球周围的大气中，除了氮气、氧气外，还有各种微量气体，如二氧化碳、水蒸气、甲烷等，这些微量气体对太阳光是通透的（主要是可见光及频率更高的光子），太阳光照射到地表被吸收后温度升高，释放出的长波热辐射，而CO2等易吸收地面温度增高所放出的长波热辐射，并重新辐射出热能，其中有一部分又回到了地表，从而减少了地表热量向空间散失，增加了地表温度。这种辐射能量进来容易出去难的现象就被人们称为温室效应。 3、地球的温室效应的利弊 地球温室效应具有有益的一面，又具有不利的一面。一方面，它是地球表面维持为15℃的平均温度的重要原因，为人类和整个生物圈提供了一个温暖的环境；另一方面，当全球温室效应加强后，会使全球平均气温上升，进而引起海水受热膨胀及两极冰雪的消融而引发海平面上涨，淹没大陆沿海城市，使自然环境系统遭到破坏，同时也会使干旱热带地区更干旱，形成高温热浪，引发飓风和龙卷风等，造成各种灾难。 4、引发地球的温室效应加剧的因素 人类大量使用常规能源(煤、石油和天然气)，使得大气中的二氧化碳含量逐渐升高； 工业排放的大量粉尘、煤烟及污染气体与水蒸气凝结，使空气变浑，增加了地表的云层覆盖； 人类在量砍伐森林，过度放牧，导致CO2的吸收量不足； 5、减缓地球的温室效应的措施 必须采取多种措施限制人类活动对大气的破坏，限制CO2的排放量。例如改变能源现状，大力发展新能源（绿色能源）。 大力植树造林，防止过度放牧，增加吸收二氧化碳的植被。 寻找其他封存CO2的方法：科学家在研究深海中意外地发现，在海洋600米深的地方，封存着天然的二氧化碳。因为在水下600米处，水的压力很大，可把二氧化碳转化为液体，根据这个发现，日本电力中央研究所的科学家，已计划把二氧化碳直接输入深海中，利用海水把它们封存起来。 6、综合题命题方向 生物：生态环境知识、生物种植应用；化学：燃烧与排放气体；物理：温室效应的原理、生活应用、光子分析计算； 大气臭氧层衰竭 1．紫外线的性质 1801年德国科学家里特首先发现，在可见光谱紫色的外侧存在一种能使含有氧化银的照相底片感光的不可见辐射，以后称之为紫外线。紫外线的波长在0.4μm ~10nm之间，光子能量为3.17eV~124eV。紫外线不仅具有强荧光作用外，还因为它的光子能量刚好能破坏细胞等生命物质而具有杀虫杀菌等作用。 2．大气对紫外线的吸收 空气、水、玻璃等透明物质，对紫外线的吸收较强烈。空气对波长为0.2μm以下的紫外线，有极为强烈的吸收能力，而大气中的臭氧层能强烈吸收波长在0.2μm~0.32μm波段的紫外线，使来自太阳的紫外线只有不到1％能到达地面； 3．大气中臭氧层的形成 可以说，我们今天能活着来讨论这个问题，全靠地球上的一顶保护伞——臭氧层。在离地面15－50千米的大气平流层中，臭氧(O3)的浓度最大，达10-6数量级。臭氧本身就是大气中氧气吸收太阳光中波长为0.24μm的紫外线通过以下的光化学过程产生的： O2 + hv → 2O ① O + O2 → O3 ② 臭氧有很强的氧化性，容易与氢、氮、氯等发生化学反应。 4．臭氧层的破坏 由于人类生活中大量使用的致冷剂（如氟里昂CCl2F2等氟氯烃物质），它们含有氟氯化碳（F-C-Cl），排放到大气平流层后，在太阳紫外线辐射下会分解出氯自由基： F-C-Cl ＋ hν → F-C + Cl ③ 右端产物中的氯自由基（Cl），反应能力极强，导致臭氧迅速分解： Cl ＋ O3 → ClO ＋ O2 ④ 产物ClO又会把①的中间产物自由氧原子夺过去： ClO + O → Cl ＋ O2 ⑤ 这样Cl又会发生④的反应，进一步破坏已存在的臭氧。这是一个链式反应：一个氯自由基可以破坏10万个臭氧分子，最终导致臭氧层空洞的出现。 事实上，除氯氟烃物对臭氧层的破坏外，在化学燃烧中放出的氮氧化物也是破坏臭氧层的一个重要因素。 5．臭氧空洞后的危害 （1）臭氧空洞的发现：根据卫星观测资料分析，每年9~11月南极上空臭氧空洞中的臭氧含量仅为正常值的60