气候变暖和低碳化学
化学试剂,九料化工商城 / 2020-11-11
近年来气候变暖已引起全世界人们的关注。自1860年有气象仪器观测记录以来，在150年间，全球平均气温升高了0.6℃。最暖的13个年份均出现在1983年以后。我国自1985年以来，连续出现了16个全国范围的暖冬。为什么气候会变暖?它对环境、生态有什么影响?化学应该怎样和其他学科一起应付这种气温升高的趋势?
地球气候变暖的原因
地球气候变暖的原因，有人认为是人类文明发展，用大量煤炭炼钢铁、生产水泥，用来修路、盖楼，外出坐车、坐飞机居家烧暖气、开冷气，大量使用能源、大量放出热量所引起。其实不然，全球气候变的原因不是这么简单。目前人类一年使用的全部能源约相当于100亿吨石油，按标准油的热值41.82MJ/kg计，全部能源燃烧放出的热量为4.2×101MJ，如果把这些热量全部用来加热海水(1.4×1021kg)，仅仅能使海水的温度上升7×10-5℃，也就是说，每年用这些热量给海水持续加热1万年，海水的温度也增加不到1℃，显然，地球变暖不能简单地看做人类使用能源放出的热量造成的使地球变暖的原因，在于大气的化学成分起了变化，温室气体增加，出现温室效应所致。主要的温室气体是二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4)。
对温室效应的理解要从太阳辐射的能量和围绕地球的大气中各种分子的结构来分析。太阳辐射的能量主要是短波辐射，包括可见光和紫外光。地球吸收太阳能量的同时，也向太空辐射能量，达到能量收支平衡，维持地球表面的正常温度(大约15℃)，这种温度辐射的能量属低温辐射，即它是长波辐射。太阳光照射到地球的表面上，地表大气中的单原子分子，如(He)、氖(Ne)、氩(A)等气体以及双原子分子，如氮气(N2)、氧气(O2)和氢气(H2)等，对太阳短波辐射的吸收很少，是微不足道的，即对太阳光是透明的:同样这些单原子分子和双原子分子对地球辐射到太空的低温辐射也吸收很少，也是透明的。对于三原子和三原子以上的多原子分子，如二氧化碳(CO2)、卤代烃(如氟氯烃、卤代烷)、臭氧(O2)、氧化亚氮(N2O)和甲烷(CH4)等，它们对辐射的吸收性能就不同了，它们对太阳的短波辐射是“透明”的，但对地球表面发出的长波辐射有较强的吸收作用，是“不透明”的当离地面为1万米到5万米高空的平流层中CO2和CH4的浓度增加时，就会阻挡由地表发射到太空的长波辐射，即会减少由地球散发到宇宙太空中的能量，使地球的温度升高。这种含有较多CO2和CH4的大气，在地球表面形成了一个无形的保温罩子，使地球形成一个温室。这种作用称为温室效应，CO2和CH4等称为温室气体。现在人们认为温室效应是使地球气候变暖的主要原因。
根据1992年联合国气候变化框架公约中控制的六种温室气体，它们在大气中能存在的生存期限、对气候变化的潜在影响的大小、对温室效应的“贡献”等情况，列于表6.3.1中。
表6.3.1大气中主要的温室气体
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名称 分子式 生存期限/年 1个分子的相对潜在影响 对温室效应的“贡献“(％)
二氧化碳 CO2 30--100 1 63.8
甲烷 CH4 12-17 56 19.2
氧化亚氮 N2O 120 280 5.7
氢氟碳化合物 - 300 5000 0.4
全氟碳化物 - >10000 4000 -
六氟化硫 SF6 >10000 3200 0.3
卤代烃 - - - 10.0
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由表63.1可见，CO2对温室效应的贡献近2/3，是主要的。它在大气中的体积分数由1958年的3.15×10，增加到1992年的3.55×104，和现在的3.8×10-4。每年增加值大约25×10t。其中燃煤和燃油分别占31％，燃天然气占13％。
甲烷作为温室气体，它一个分子的潜在影响是一个二氧化碳分子的56倍，但它在大气中的含量比CO2要低2-3个数量级，它的“贡献”只有19％。但是它增加很快，特别是气候变暖，寒带、冻土层中天然气水合物释放量增加，“贡献”也将增大。
表中虚线以下所列的卤代烃包括氟、氯、溴、碘的碳氢化合物、气体分子，包括常见的四氯化碳、四氟化碳、氟氯烃，它是人工合成物质，这类物质性质稳定、不易燃烧，被广泛用作冷冻剂、清洗剂、灭火剂、喷雾剂。它们因引起大气平流层中臭氧的被破坏而出名，广为人知，它们也是主要的温室气体它包括全氟碳化物等分子在内，在平流层稳定存在时间很长，对温室效应的“贡献”达10％。将它们归为一起，按同类化合物计，已名列第三。
气候变暖对环境生态的影响
气候变暖对全球生态环境的影响引起人们极大关注，对其后果有着许多推测和预计首先是南、北极地区冰雪的消融，导致海平面升高，威胁沿海和低海拔地区人类的生活。据报道，北极地区气候变暖的速度比其他地区更快，冰的总覆盖率在下降，北冰洋的海冰近10年来缩小9％，海冰的大量融化使北极地区反射太阳光能力减弱，没有冰盖的裸露水面吸收太阳能多，进一步增加地球变暖的趋势。记录表明，20世纪海平面升高了近20厘米，有人预测21世纪末全球海平面有可能上升近1米，这对一些沿和低海拔地区将是灭顶之灾。例如，印度洋上马尔代夫岛国将深入海中，孟加拉国有1700万人居住在海拔不足1米的地区，将丧失家园，许多沿海地区亿万人口的生活受到威胁。
其次，气候变暖，山地上的冰川在退缩，据报道，喜马拉雅山脉冰川，每年退缩达10-15米，青藏高原地区的冰川面积近30年来缩减了4400多平方公里，比20世纪70年代减少了9％。这对依赖冰川积雪获得水资源的地方构成威胁，对周围地区生态环境已产生了明显影响，洪涝和干早交替加剧。
第三，气候变暖将使极端天气的发生频率增高，近年席卷北半球天气的热浪为许多地区创下前所未有的记录。气候变暖也引发一些台风、洪水、冰雹、寒流等极端天气事件或使这些自然灾害更为猛烈。
第四，气候变暖使生态环境发生变化，对生态的破坏力会急剧上升，这对农业生产以及人类的健康也会带来影响.
第五，更为严重的后果是原来冻土地带中甲烷气体水合物融化，释放出更多的甲烷到大气，造成大气中温室气体浓度增加，温室效应加大，自然的力量促使地球变暖加剧有众多科学家认为，当全球平均气温比工业革命前(即1750年前)升高2℃，是引发灾难的临界点。现在已增温0.8℃，只差1.2℃。预计当大气中CO2含量达4×10时，就不可避免地导致全球増温2℃。目前CO2含量已达3.8×104，而且每年以2×10在增长，10年内就会超过4×104的临界值。摆在世界人民面前的形势是非常严峻的。
化学已利用它的慧眼査明气候变暖和极端气候产生的元凶，这有利于各界采取行动予以制服。首先要掀起全民学习化学知识，认识温室气体中主要是CO2，要发展低碳产业，替代高碳产业。这个问题对我国是十分艰巨的任务。
我国是世界上人口最多的国家，也是最大的煤幾生产国和消费国，现在温室气体排放量仅次于美国，居世界第二预计不久，约十年内会居于首位。在目前的工业生产中，第铁、建材、电力、汽车、化工、机械等都是大量消耗化石能源，排放大量二氧化碳的工业。工业生产面临着能源和环境的双重压力。学习化学知识、节能减排和低碳生产的知识，深入思考所在的企业走向没有废气、废渣和热能的排放途径，实现高效的原子循环利用生产，已成为我国全民关注的大事。
其次，控制高排碳和高能耗产业，特别对有些在线生产的产品，其产量已超出国内需求，但因它在国际市场上走俏，仍争先恐后地建设生产线，竞相出口产品，这种为别国提供高能耗、高排放产品的产业，宜及早控制。鼓励开发低碳新能源，特别是可持续发展的能源，如太阳能电池、风力发电等。
最后，积极植树造林，森林是利用大气中已有的二氧化碳进行光合作用，使它和水在植物的叶绿素中结合成糖类物质，包括纤维素和淀粉等。植树造林可以防止水土流失、干早灾荒，减少大气中的三氧化碳，在我国已取得巨大成就，自1980年至2005年的25年间，我国森林覆盖率提高到18％，累计吸收的二氧化碳约30亿吨，约占我国人为排放量的10％。可以预计，随着森林长大，吸收的二氧化碳会逐年增加。
化学是什么?化学是具有慧眼能识别隐藏在大气中使地球变暖并发生极端气候的元凶，以及指明制服这些元凶的方法的科学。
![1,8-二氮杂二环[5.4.0]十一碳-7-烯](images/201812/thumb_img/1103_thumb_G_1545291985569.jpg)
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