温室气体的主要类型及其特征概述

温室气体的主要类型及其特征概述


发布日期: 2016-10-24 更新日期: 2016-11-15 编辑:xuzhiping 浏览次数: 17199

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摘要: 温室气体成分包括二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亚氮(N2O)、臭氧(O3)、氟利昂或氯氟烃类化合物(CFCs)、氢代氯氟烃类化合物 (HCFCs)、氢氟碳化物(HFCs)、全氟碳化物(PFCs)、六氟化硫(SF6)。其中CO2、CH4、N2O、和O3...

温室气体成分包括二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亚氮(N2O)、臭氧(O3)、氟利昂或氯氟烃类化合物(CFCs)、氢代氯氟烃类化合物 (HCFCs)、氢氟碳化物(HFCs)、全氟碳化物(PFCs)、六氟化硫(SF6)。其中CO2、CH4、N2O、和O3是自然界中本来就存在的成分,而CFCs、HCFCs、HFCs、PFCs和SF6则完全是人类活动的产物。

二氧化碳(CO2):对于几年到几百年的时间尺度,全球碳循环主要是以CO2的形式在生物圈、海洋和大气圈中进行。我们都熟悉的植物光合作用就是吸收大气中的CO2,把碳用于生长,从而完成将大气中的CO2固定到陆地生物圈的过程;而植物的呼吸以及生物体的燃烧和腐烂等有机物的分解,则是以相反方式完成将碳返还到大气中的过程。海洋的透光层中也存在相似的光合和呼吸作用。海洋的非生物物理化学过程也在不断地吸收和释放CO2。大气中的总碳量每年约有十分之一是进进出出的,其中一半是与陆地生物群落交换,另一半则通过物理和化学过程穿过海洋表面。陆地、生物圈和海洋含碳量远大于大气中的含碳量,所以,这些大的碳库的很小一点变化,都可以对大气CO2浓度有很大的影响。

工业革命以前的几千年的时间里,大气中的CO2浓度平均值约为280ppmv(1ppmv=10-6,即百万分之一体积单位),变化幅度大约在10ppmv以内。工业革命之后,碳循环的平衡开始被破坏,造成大气中的CO2浓度的增加,1995年大气中的CO2浓度达到360ppmv。这主要是由于森林遭到大规模的破坏,CO2的生物汇在不断减少,加之煤炭、石油和天然气等化石燃料的消费一直在增加,而海洋和陆地生物圈并不能完全吸收多排放到大气中的CO2,从而导致大气中的CO2浓度不断增加。

目前,全世界每年燃烧煤炭,石油和天然气等化石燃料排放到大气中的CO2总量折合成碳大约是60亿吨;每年由于土地利用变化和森林破坏释放约15亿吨。而 每年大气中碳的净增加大约是38亿吨,其余的37亿吨则被海洋和陆地生物圈吸收,其中海洋吸收约20亿吨,陆地生物圈吸收约17亿吨。可以看出,每年排放 到大气中的CO2约有50%留在大气中。CO2的产生和消除涉及的主要领域包括能源、交通、居住、商业、燃料逸出性排放、农业、林业、土地利用等。

甲烷(CH4):甲烷是大气中含量丰富的有机气体,它主要来自于地表,可分为人为源和自然源。人为源包括天然气泄漏、石油煤矿开采及其它生产活动、热带生物 质燃烧、反刍动物、城市垃圾处理场、稻田等。自然源包括天然沼泽、湿地、河流湖泊、海洋、热带森林、苔原、白蚁等。甲烷的产生和消除的领域主要包括废物处理、农业、燃料逸出性排放、与能源相关或无关的工业、土地变化和林业等。

全球甲烷排放源约为5.35(4.10-6.60)亿吨/年,其中自然源1.60(1.10-2.10)/年,人为源3.75(3.00-4.50)亿吨/年,人为源约占70%。人类排放源可分为与化石燃料有关的排放源和生态排放源。

甲烷的汇有:1.在对流层大气中与OH反应而被氧化掉约4.45(3.60-5.30)亿吨/年;2.一部分甲烷输送到平流层,在那儿发生光解和被OH、Cl和O(1D)等氧化约 0.40(0.32-0.48)亿吨/年;3.被土壤吸收约0.30(0.15-0.45)亿吨/年。全球甲烷汇约为5.15亿吨/年.大气中甲烷的年增 加量约为0.37亿吨。

氧化亚氮(N2O):氧化亚氮或一氧化二氮(N2O),通常用作麻醉剂并被称为笑气。它目前在大气中的浓度约是0.3ppmv,每年增加0.25%左右。N2O在大气中的唯一的汇是在平流层光解成NOx,进而转化成硝酸或硝酸盐而通过干、湿沉降过程被清除出大气。由于N2O是平流层NOx的主要源,因而它对平流层O3的光化学过程极其重要。

大气N2O均来源于地面排放,但各种源的强度目前仍很不确定。根据IPCC(1994),全球每年N2O源总量约为1470万吨。其中自然源900万吨,主要包括海洋以及温带、热带的草原和森林生态系统;人为源大约570万吨,主要包括农田生态系统、生物质燃烧 和化石燃烧、己二酸以及硝酸的生产过程。

根据大气中N2O浓度的增长,可以大致确定大气中N2O的年增加量约为390万吨。N2O的产生和排放涉及多领域,主要包括工业、农业、交通、能源生产和 转换、土地变化和林业等。

氢氟碳化物(HFCs):氟利昂(CFCs)是人造化学物质。由于它们在室温下就可以汽化,同时它们具有无毒和不可燃的特性,所以被用于制冷设备和气溶胶 喷雾罐。同时它们的化学性质不活泼,在它们被破坏之前会在大气中滞留很长时间--100年乃至200年。它们在大气中的含量虽然不大,但却足以引起严重的气候环境问题。当氟利昂进入平流层后受到紫外线辐射产生光解,产生氯原子,这些氯原子迅速与臭氧反应,将其还原为氧,从而加快臭氧的破坏速率。这一过程以 催化循环的方式出现,以致一个氯原子可以破坏许多臭氧分子。

由于使用氟利昂的这些严重后果,引起了世界各国政府的高度重视并已采取了一系列行动。许多国家已经签署了1987年制定的《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》,要求工业化国家在1996年、发展中国家在2006年完全停止氟利昂的生产。

氢氟碳化物(HFCs)的排放源较为简单,主要来自工业生产。1995年的全球排放量约为25万吨。其汇则主要是在对流层与OH反应以及在平流层光化分 解。

全氟化碳(PFCs):PFCs主要包括CF4、C2F6及C4F10三种物质,其中CF4占绝大部分,C4F10的量很少。铝生产过程是最大的CF4、 C2F6排放源。这些排放主要是在冶炼过程中当炉中的铝土浓度减少时由阳极效应产生的,排放出的主要产物是CF4。而C2F6排放相当于CF4十分之一。 其它过程中的排放量很小。1995年全球排放总量为4万吨。

六氟化硫(SF6):SF6全部是人为产物,SF6所具有的阻止高温熔化态的铝镁被氧化的特性使其大量应用于铝镁冶炼,SF6的另一用途是做气体绝缘体及 高压转换器用于电力行业。据IPCC有关报告统计:1994年全球年排放SF6 5800吨,其中20%来自镁生产过程,由于SF6与铝发生反应,故铝生产过程排放很少,其他80%排放来自绝缘器及高压转换器的消耗。

全氟化碳(PFCs)和六氟化硫(SF6)在大气中的化学活性稳定,它们的寿命相当长,其清除机制是缓慢光解和沉降。

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