富碳农业----驱霾降甘露 还蓝天白云
来源:智业云创 作者:云创小编
2018-06-07

        2017年新年伊始,笼罩在中国上空巨大的雾霾给中国政府和十几亿国人再一次敲响了环保的警钟,中国北方作为雾霾的重灾区更是从元旦开始频繁遭受雾霾侵袭,大面积的低能见度导致高速公路几乎全部处于封闭状态,PM2.5严重超标,甚至有地方二氧化硫、PM2.5双超标,堪比英国当年“毒雾”……网络舆论一片声讨。政府将在环保问题上遇到了前所未有的压力挑战。

随着大气质量的不断恶化,雾霾天气频繁出现,就连我国不该出现雾霾的南方地区也出现了雾霾天气,PM2.5指数一跃到达数百以上,因此带来的环境危害非常严重,人民群众的健康指数也随之下降,由于雾霾天气形成的原因是多方面的,雾霾的危害也各有不同,雾霾的危害和预防也因此成为各地政府头疼的大事。

   2016年11月底和12月上旬京津冀和中国其他地区经历了两次大面积重度雾霾,让中国人苦不堪言,雾霾再次成为热点话题。

 

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一, 中国式雾霾成因

 

 1, 农业化学物质排放是造成大气污染的源头。是雾霾构成的一个大的组成部分。

    没有工业的农村为什么也雾霾严重呢?带着这一问题北京林业大学、北京交通大学富碳农业研究中心常务副主任袁东来, 中心尹剑平教授带着团队走向了工业厂区和田间地头,经过近3年的深入城市,农村实时比较和探索,不断采集相关数据,解开了一个多人不知的问题,那就是既然没有工业的农村为什么也雾霾严重呢?经过几个多月的观察发现大田的土壤中窜出缕缕白色雾气,通过实地调研逐步破解了其中密码。

    原来大气中绝大部分氨化合物、氮化合物、磷化合物、硫化合物以及大量的农业化学气体随着地温与水蒸气一起释放到大气中,而且面积之大,范围之广加之冒出的大量的有害物质岂能不造成今天的雾霾。

事实证明雾霾是在表面电荷、磁场、化学分子效场、大气湿度超标、风、气溶胶等一系列大气物质原因促成了雾霾的物质聚合,使其产生大量的化学性分子粒子的物质链接,其表面积产生固体化扩张使周围环境形成大气固体化聚核性聚合,以至于形成了被动无风不散的惰性气团,雾霾的最终罪魁祸首是大气湿度超标,也就是空气中含水量的超标。

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2、酸性雾霾与铵盐雾霾

   历史上伦敦与洛城的雾霾也是有所不同的:伦敦的雾霾更多来自于燃煤,成分基本上都是硫化物;而洛杉矶的“光化学烟雾”更多是大量机动车辆燃烧的劣质汽油引起的,除了硫氧化合物还含有大量的氮氧化合物,这也是洛城的雾霾往往呈明亮的橙黄色的原因。

   然而共同之处在于,伦敦与洛城的雾霾均系“酸雾”,二氧化硫与氮氧化合物在空气里转化而成的硫酸根和硝酸根都是强酸,又缺乏碱性气体的中和,使整个雾霾呈较强的酸性特征,直接表现就是上呼吸道的强烈刺激感。

   然而国内的污染状况是不同的,除了煤炭石油等等化石燃料所释放的酸性污染气体,还存在数量惊人的氨污染。富碳农业研究中心的专题调研所得出的结论是华北地区的氨中和所有的二氧化硫与氮氧化合物尚有富余。这个结论会让这个世界万分震惊。要知道,由于硫酸根是二价,需要两倍的氨气来中和,再加上跟硝酸根一比一的所需氨气,以华北大排大放的工业污染,对应的氨排放简直是个天文数字!仅仅是在农田里撒的化肥,还有管理不善的生活污水都能释放得出这么多氨气,现实是惊人数量的氨被排放到了大气当中。随后,氨气与硫氧化合物、氮氧化合物转化而成的硫酸根和硝酸根发生中和反应,生成了硫酸铵与硝酸铵。

   由于硫酸铵与硝酸铵在常温下是固态而不是气体,生成后随即从大气里析出,以微细颗粒形式在空中随风飘荡。在空气里存在足够湿度时,铵盐开始吸水,最终以结晶体形式在空气当中形成足以造成可见光散射的悬浮颗粒,至此中国式雾霾宣告成立。这就是一直讲的大型工业锅炉改造以后,烟囱从此不再冒黑烟、黄烟、灰色烟了,反过来冒的是大量的水蒸气,正是因为这些水蒸气促成了硫化铵和硝酸铵的合成,使其大量分解出铵盐吸附空中的水,再以结晶体的形式在空气当中形成足以造成可见光散射的悬浮颗粒。所以,工业烟囱需要马上改革,脱水、实现干燥排放。

3、中国的雾霾,就是大量的化肥弥漫在空气里的细微颗粒

中国建国已经67周年了,然而我国使用化肥农药的历史足有45年之久,每年向土壤里倾斜的化学肥料是以百亿吨计算的,那么这些上百亿吨的化学肥料真的能被农作物吸收吗?错!农作物充其量只能吸收其中10%不到,那么剩余的90%化学肥料去了哪里?目前PM2.5总量的35-40%,而其中65-60%污染物出自这里。在农村,农村的大量农田也是目前环境PM2.5中不可忽视的一个巨大的化工厂。它的化学释放程度不亚于一座庞大的化工厂的排放量。其中的氨氧化物、氮氧化物、二氧化硫、一氧化碳、二氧化碳、硝等多种有害化合物等等,既然有这么大的工业负载物的密度释放,大气的质量是绝对不可能有自愈能力的。

    它们都躲在什么地方?硫铵和硝铵是什么,倘若反应得过来的话,农民就会告诉你不就是“肥田粉”吗?已经有好多年不用了。所以我们要找到它们,到哪里去找?到天上和地下去找!它们凭借着土壤的隐蔽性,土壤本身凭借自身的透气性和土壤中的水分将这些物质大量的蒸发到大气之中,成为了氨气与硫化合物、氮化合物的聚合物。其中的另一部分便随着雨水的渗透进入到地下,污染着更深的土壤和我们赖以需求的地下水。然而,其大多数的有害化学成分基本上都囤积在土壤约3.5米-5米处形成了一个很厚很实的化学基层。因此它们肆无忌惮的时时排放,时时渗透于地下,形成了全国范围内各地土壤一盘棋的状况。我们开始意识到了它的巨大危害,后面就是修复再修复何日是尽头?

在尿素大规模工业化生产的瓶颈尚未解决之前,几乎所有的氮肥都是铵盐。除了硫酸铵和硝酸铵,还有碳酸氢铵以及氯化铵。不过碳铵肥效太低,而氯铵由于各种成本因素很少生产,所以压倒多数的是硫铵和硝铵。
   这两者里头又以硝酸铵的肥效最高,但是硝铵却更早地消失了,这其中的原因是:由于单位的产能消耗高,硝酸铵的另一个用途是炸药!储存了硝铵的农庄里,经过不太复杂的再加工就可以做出炸药包跟炸弹来。可以想象,这么一个难以掌控的公共安全威胁,无论是在国内还是国外都不可避免地被视为隐患。于是硝酸铵首先退出了舞台。硫酸铵倒是没有这个问题,但由于跟铵根搭配的是植物没有兴趣吸收的硫酸根,长期使用的后果就是“板结土地”。随着这个问题越来越明显地暴露,农民兄弟们怨声载道,因此尿素工业化技术的迅速突破得以实现,硫铵迅速被挤出了氮肥市场。铵盐在世界化肥产业里的主打时代也就此终结了。但是它的隐患却久久的隐藏在了我们的土壤中,以至于它的大量挥发而导致了今天的大气霾变。

我们大家已知的基本上都是汽车废气(铅),工业烟囱(二氧化硫),居民小煤炉(二氧化硫、二氧化碳)等等,但是这些污染经过政府倡导性的改革已经大大的降低了其排放浓度。

    三年前,北京及华北地区雾霾最主要组成成分是硫酸盐,它为大气细颗粒物吸附的水分中(nitrous oxide (smog component)) 一氧化二氮(烟的成分)和(abbr.nitric oxide metabolite)氧化氮代谢产物; (nitrogen oxide )氧化氮; 二氧化氮与二氧化硫的化学反应是当前雾霾期间硫酸盐的主要生成路径。(When oxygen volume fraction is larger than 7%, the coal reburning process is ineffective for NOx reduction.)当氧气体积分数大于7%以后,煤粉再燃过程不再具有脱硝效果。这一现象的发现凸显了我们今后除硫除硝设备改造上继续实施减排措施的同时,优先加大氮氧化物减排力度对缓解空气污染的压力起到极其重要的作用。

寻根硫酸盐的来源

   研究表明,硫酸盐是重污染形成的主要驱动因素。在绝对贡献上,重污染期间硫酸盐在大气细颗粒物PM2.5中的质量占比可达20%,是占比最高的单体;在相对趋势上,随着PM2.5污染程度上升,硫酸盐是PM2.5中相对比重上升最快的成分。因此,硫酸盐的来源研究是解释雾霾形成的关键科学问题。

   硫酸盐主要是由二氧化硫和二氧化氮溶于空气中的水。也称“颗粒物聚合水”,在中国北方地区偏中性环境下迅速反应生成。它的主要来源是:1、城市空气含水度超过了原有10%-15%的水平,也就是空气含水量超标。2、现在雾霾严重的另一个原因就是工业烟囱改造不彻底,只重视烟囱的排放的是什么烟(黑烟、黄烟、灰度烟)而忽视了烟囱大量排出的是水。由于各大企业为了改造锅炉实现脱硫脱硝这个问题,增加的水池过滤烟尘的设备,但是经过水池后的烟变成了大量的水蒸汽沿烟囱排出,一个城市几乎有近几十甚至于上百个,加上冬季供暖的锅炉烟囱,热电厂的特大烟囱等等无不在大量的向空中排放水气,这些水颗粒直接成为各种悬浮尘埃的聚合物质,其中大量的PM2.5在相对湿度较高的环境下迅速组合成为一个大大的气溶胶锅盖,严严实实的盖在了城市的上空,这就是PM10,PM2.5等悬浮颗粒物质的吸附要素。这厚厚气溶胶气层中含有大量的氨氮氧化物,二氧化硫,二氧化碳等有害物质。

既然找到了问题的症结,袁东来,尹剑平教授当即想到了利用微生物降解法实现无二次污染的生物治理的设想,并且立即针对性的实施微生物菌种的组合和配方,根据已经掌握的数据,并在极短的时间内研究制造出了PM2.5生物降解液,成为中国PM2.5生物降解技术的第一团队。2016年4月6日至4月9日在山东兰陵取得了阶段性的成功。数据PM2.5值236经过10分钟降至PM2.5值14。以致实现和降解了氨氧化物和氮氧化物等多种物质,以致于大幅降低了城市雾霾中的硫酸盐及硫酸铵的污染水平。

雾霾中不被人们所知道的“氡元素”

说起氡元素(Rn)或许有很多人并不知道它,它是人类所接触到的唯一气体放射性元素。氡的半衰期只有 3.8 天,氡形成后很快衰变并产生一系列放射性产物,最终成为稳定元素铅。室内氡气主要产生于房屋地基土壤、含放射性核素比较高的建筑材料及装修材料中。天然辐射是公众不可避免地接受到的照射,室内氡在公众受到的天然辐射中占有重要的比例。除矿山、坑道等特定环境外,人类受到氡气伤害的主要原因是在室内氡浓度偏高情况下长时间停留。

雾霾中真正的致癌物:

氡对人类的健康影响表现为确定性效应 (determination effect) 和随机效应 ( stochastic effect )。确定性效应表现为:在高浓度氡的暴露下,机体出现血细胞的变化如外周血液中红细胞增加,中性白细胞减少,淋巴细胞增多,血管扩张,血压下降,并可见到血凝增加和高血糖。氡对人体脂肪有很高的亲和力,特别是神经系统与氡结合产生痛觉缺失。随机效应主要表现为肿瘤的发生,由于氡是放射性气体,当人们吸入后,氡衰变过程产生的α粒子可在人的呼吸系统造成辐射损伤,诱发肺癌。

流行病学研究表明:氡及其衰变子体的吸入是矿工肺癌发病的重要原因。美国估计每年有 7000-10000 例肺癌由于是室内氡所引起的,即除吸烟以 外引起肺癌的第二大因素。荷兰认为由氡引肺癌为交通事故的 2/3 ,在瑞典,氡在所有癌症诱因中排第五位。

氡是 ICRP 推荐的慢性照射行动水平具体数据的唯一核素,被 WHO (世界卫生组织)公布为 19 种主要的环境致癌物质之一 。

1987 年氡被国际癌症研究机构列入室内重要致癌物质。不过目前对由居室内氡引起的照射的潜在健康的认识仍然有限。

 

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认识二次气溶胶之前,先来说说气溶胶。维基百科中对气溶胶的定义是:气溶胶,又称气胶、烟雾质,是固体或液体微粒稳定地悬浮于气体介质中形成的分散体系。它破坏生态环境,影响人类身体健康。能使大气中各种物质聚合物的“二次气溶胶”:

气溶胶按其来源可分为一次气溶胶(以微粒形式直接从发生源进入大气)和二次气溶胶(在大气中由一次污染物转化而生成)两种。它们可以来自被风扬起的细灰和微尘、海水溅沫蒸发而成的盐粒、火山爆发的散落物以及森林燃烧的烟尘等天然源,也可以来自化石和非化石燃料的燃烧、交通运输以及各种工业排放的烟尘等人为源(如秸秆燃烧)。

二次气溶胶为何物?所谓二次气溶胶,就是指排放到大气中的气态或颗粒态污染物发生化学反应(主要是紫外光、臭氧、OH自由基等引起的光化学反应)形成新的大气颗粒物。也就是说,二次气溶胶其实是独立于排放源的新产生的大气颗粒物。简单来讲,“二次气溶胶”就是气溶胶发生化学反应后的结果,假设空气中存在A、B两种微粒,在一定条件下生成C、D两种微粒,那么这种含有C、D的气溶胶就被称为二次气溶胶。

如何认识二次有机气溶胶

气溶胶根据性质还可以分为有机气溶胶与无机气溶胶。已经发生了复杂转化和物理化学反应,难以明确界定空气颗粒污染物的明确初始来源的都称为“二次无机气溶胶 ”;二次有机气溶胶是有机气溶胶的一个部分,由挥发性有机化合物(VOCs)的光氧化过程和气态/粒子态均分过程形成。有机气溶胶是PM2.5的重要组成部分,占PM2.5质量浓度的20%~90%,其中二次有机气溶胶对有机气溶胶的贡献可达20%~80%,因此,研究二次有机气溶胶与其对应的前体物之间的关系对于控制大气污染、治理雾霾有着重要意义。

二次有机气溶胶与VOCs的关系

PM2.5中的有机物通常占相当高的比重,这些有机物一部分排放后直接形成颗粒或气溶胶,还有一部分是VOCs的大气化学转化产物。许多VOCs经过大气化学反应之后被转化为不挥发或半挥发的有机物,成为二次有机气溶胶。

此外,VOCs作为大气化学反应的“燃料”,通过形成臭氧等增加了大气氧化性,对于二氧化硫、氮氧化物等污染气体转化形成硫酸盐和硝酸盐气溶胶起重要作用,从而也促进了霾的形成。

面对当前雾霾天气频发,以细颗粒物(PM2.5)和臭氧(O3)为特征污染物的灰霾污染突出的现状,挥发性有机物(VOCs)作为二次有机气溶胶和臭氧的重要前体物成为了迫切需要协同控制的物质。

中国雾霾引起全社会广泛关注,其形成机理既具普遍性,又具特殊性。本文通过数理分析和实证验证手段,剖析中国雾霾形成机理的普遍性是传统土壤尘、燃煤、生物质燃烧、汽车尾气与垃圾焚烧、工业污染和二次无机气溶胶为凝结核生成雾霾;特殊性是中国雾霾形成速度和扩散快、凝结核体积(直径)跳跃式和突发性增长,均与区域微生物种群及土壤、水源严重面源污染密切相关。由于中国水土环境受到富营养化的严重污染,造成环境中微生物种群繁杂和富集;土壤中氨氮浓度高,造成冬春季节水分蒸发带走大量富营养水分,在低空与气溶胶相结合,在凝结核吸水膨胀的同时,也为吸附在凝结核的微生物快速分裂繁殖提供了养分,长期以往形成了具有地域特征的微生物种群,为雾霾快速形成、频发和爆发性增长提供了外部条件。中国工业化进程中工业等污染和广大农村的土壤、水源严重污染的叠加效应,是中国严重雾霾形成的特殊机理;欧美是以大气环境科学研究雾霾,中国则应以大气环境与生物科学协同努力研究与防治雾霾。远期治本,近期则应以雾霾生成机理和雾霾形成临界点研究与治理为主,标本兼治。

富碳农业研究中心通过多年的努力终于找出了具体的解决方法:

   现代人已经有了相当大的改变自然环境的能力。不过人类在享受科技进步营造的舒适生活环境时,并没有及时意识到所付出的生态代价,结果是人类被迫面对日趋严重的环境污染和地球生态危机。人与自然环境之间应该是怎样一种关系?人类能把自然看作自己的附属品吗?对环境与人类之间关系的重新考虑是本世纪人类文明最重要的发现之一。

空气资源的污染环境的破坏环境的现象

一、全球10大环境问题 1、气候变暖 2、臭氧层破坏 3、生物多样性减少 4、酸雨蔓延 5、森林锐减 6、土地荒漠化 7、大气污染 8、水体污染 9、海洋污染 10、固体废物污染

二、我国环境状况 1、大气污染属煤烟型污染,以尘和酸雨危害最大,污染程度。

首先,我们利用自然界生物相生相克的自然法则,也就是利用有益菌吞噬有害菌,吸附和降解大气中的游离生物粒子在大气中随风飘移,不断吸附不断繁殖更多的微生物有益菌群。我们已知,微生物可以吞噬分解各种重金属这一现象,那么大气中的重金属也不例外,它和我们所投放的微生物菌群相结合势必被分解或吞噬,并按照悬浮自降的物理观点使之沉降于大地,再有我们设计的土壤处理法进行二次处理,从而达到我们独创的“生物立体吸附分解法”之目的。也就是我们所说的微生物可以改变一切物质的理论。加大空气中有益菌群的数量,合理配置吸附液体的浓度,使之兼容于各种环境,重点对大气中富含NO2、O3、SO2、CO、Hg、Pb、C12H4、C14O2、PM10、PM2.5等等一系列化学有害物质进行生物吸附分解,完成一次方程。

微生物治理的机理研究:

首先采用生物制衡方法,选用十几种有益微生物菌经过严格筛选,排斥比对,经有氧厌氧培养,再经过容器激活发酵20-40天,使有益微生物形成超过100亿/毫克单位的活性菌,这些经过特殊配比的有益微生物活性菌有对氨、氮、磷、硫、铵、硝等化学挥发酚物质以及重金属粒子、离子物质有良好的分解中和作用。有效的提高了分解破坏氨氧化物、氮氧化物和二氧化硫的链接能力,对大气中含存的石油焦等都具有明显的分解效果。同时也保证了使用中对周围环境的安全性和杜绝了二次污染性。更为彻底解决城市大气环境污染治理提供了重要的科学依据。

成熟后的PM2.5生物降解液能将有害化合物转化为有机化合物,整个过程被称之为高速转化过程。同时也起到了对环境生物链修复和弥补的作用。

有益微生物菌群是一类广泛存在于自然界的生物物质,在这个碳地球各种元素循环中起着重要平衡作用。合理的合成和利用有益微生物菌能有效地制衡和大气有害物质的比例,减少修复大气生物链的断链失衡并抑制生物环境产生的极度失衡现象。通过PM2.5生物降解技术干扰大气中有害粒子化学物质的分子链接,吸附和降解雾团中的有害化学分、粒子结构使其链接遭到微生物菌群的攻击和破坏,并实现我们对修复大气生物菌群的再次组合,实现吸附分解大气雾霾的化学组织。

生物功效:
1PM2.5生物降解技术有着强效降解氨,氮、磷、二氧化硫等有害物质的作用,避免造成环境的二次公害。
  A
(氨化合物、氮化合物)的去除率为85%以上;
  B
(硫)的去除率为40-60% 以上;

 C(重金属)的去除率为50%以上
2
、具备快速消除亚硝酸盐(COD)以及SS(污水释放)污染之能力。
3
、具备显着的除霾效果,消除 NK3PH2S及大气中有机酸的能力。

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有益菌群大约要15小时繁殖一代。一般3-5天就会出结果,转化细菌用二苯胺检测(出现蓝色)。即告成功。然后就可以根据我们的用途进行定向使用了。以上配方经全面消毒、纯化筛选,使其各种菌种得到有机化能自养生活的有益细菌群,并通过不断的冲释、搅拌、过滤等程序不断激活,使其有益细菌群和厌氧化细菌群充分发酵激活等与多个不同生理类群的细菌共同完成。达到完全螯合或者兼容的程度。激活时间一般不低于15-20天(夏天)20天-40天(冬季)。

“PM2.5生物菌群是一大类有益细菌的总称,它在地球的氮循环中起着十分重要的作用。分为大气降解细菌和土壤降解细菌两大类,大气细菌可以把空气中的氨氮转换成亚硝酸盐,并接着把亚硝酸盐转变成硝酸盐。硝酸盐最后变为气态氮然后再被植物所吸收。目前还没有发现身兼于一身的其他细菌群,它俩就像是兄弟俩一样服务于大气和土壤。

因此,我们在山东兰陵县经过近一年的试验证明发现使用PM2.5生物降解技术是安全的,是有效的。

环境总结:

1、效果显著:PM2.5生物降解液的实验为2016年4月5日清晨3;30分,当日AQI值500、PM10值430、PM2.5值326。经过调用城管局雾炮车2部、洒水车4部实施喷洒,10分钟后PM2.5值降到14,PM10值降到50-60、当日名次从倒数第一跃成为全市第一名,这个成绩一连保持近20天。

2、过敏及就医普查:自2016年4月5日清晨3;30分至今未发现一例市民过敏反应病例。医院呼吸科已从人满为患下降到只有几人就医。

3、植被调查:经过试验兰陵县的植被经过接触PM2.5生物降解液长势奇好,未出现过任何死苗,死树现象。

4、现场环境:经过PM2.5生物降解液喷施后的环境几分钟内即可达到清新通透的无尘无霾无味的效果。

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注:以上检测报告均为20165月由山东兰陵环保局送山东省检测机构检出的检验报告。

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      (这是在山东兰陵县我们总结出的交叉喷洒治霾方法)

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 (这是根据城市街道特殊环境所设计的小型喷雾装置)

雾霾治理是一把双刃剑,从表征上看,中国雾霾很严重、发生频率高,但PM2.5浓度300~500mg/m3时对人体直接危害远低于欧美国家。这给中国政府治理雾霾提供了一定空间,但雾霾的特殊性也给政府带来了治理复杂性,提高了治理难度。中国雾霾生成机理给我们敲响了警钟。治理雾霾不仅要针对传统雾霾形成机理,还要根据中国雾霾的特殊性,注重包括土壤、水源严重污染的治理修复,减少微生物飘逸和阻断微生物营养供给路径。

   中国的雾霾,不仅仅是中国人心头最痛的一块肉,而是中国人心中的一块肿瘤,而且是恶性肿瘤,如果我们不及时忍痛切割掉它,它就会慢慢的扩散,长大,从而更严重的伤害我们,直到生命终结。

富碳农业----驱霾降甘露 还蓝天白云

 


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2017年1月22日于北京             

 根据地质学家和古气候学家的研究结论,大约在五亿年前,大气的二氧化碳浓度是现在的二十倍,距今两亿年前降到现在的四到五倍,其时以蕨类为主的植物非常繁茂。新生代以后的造山运动和有机物沉积以碳酸钙、煤炭、石油等形式“埋没”了大量二氧化碳,以至于二氧化碳的含量逐步降到了目前的水平。

   过去5.5亿年大气二氧化碳地质历史时间变化(Berner,《科学》,1997年)二氧化碳是植物光合作用中必不可缺的重要成分之一,是植物的能量来源,是动植界自然链条得以维系的最重要媒介。12H2O + 6CO2 + 阳光→ (与叶绿素产生化学作用) C6H12O6 (葡萄糖) + 6O2 + 6H2O

   这是植物光合作用公式,在光照条件下植物把二氧化碳变成葡萄糖和水,这个公式说明:光合作用中参与的二氧化碳越多,葡萄糖和氧气的产量越大。根据李比西最小因子定律(Rule of Liebig),一种生物必须有不可缺少的物质提供其生长和繁殖,这些基本的必需物质随种类和不同情况而异。当植物所能利用的量紧密地接近所需的最低量时,就对其生长和繁殖起限制作用,成为限制因子。

    简单地说,植物生长量不是由可用资源的总量决定,而是由稀缺的资源(限制因素)决定。在光合作用中,二氧化碳就是稀缺因子。实验证实:一定范围内增加二氧化碳浓度,会使粮食产量增加。

   1988年,在美国前副总统当时还是参议员的Albert Arnold Gore的大力推动下,联合国建立了政府间气候变化专门委员会(IPCC),全球气候变暖论源于IPCC所发布的全球气候变化评估报告。IPCC认为:温室气体是自然存在的,但是它们在大气中的含量由于人类的活动有了明显的变化,工业生产还使大气中出现了以前从来没有过的温室气体,并且它们的浓度也在不断的上升,按IPCC的估计全球因石化燃料燃烧和其他工业生产,每年二氧化碳的排放量已经从1860年的大约0.1十亿吨碳单位(GTC),增加到20世纪末的近10 GTC。同一时期,二氧化碳的大气含量从280按体积计算百万分之一单位(PPM),增加到约380 PPM,全球气温上升了约0.6℃。

   是由于大气中二氧化碳含量增加了,才使全球气候变暖,还是全球气候变暖造成了二氧化碳含量增加?这个问题很重要,孰因孰果必须搞清楚,不能因果倒置。海洋科学家研究指出:不是因为大气中二氧化碳含量增加了全球气候才会变暖,而是因为随着全球气候变暖,海水升温,溶解度变小,海水会释放出溶解其中的二氧化碳,造成大气中二氧化碳含量增加。也就是说,全球气候变暖在前,大气中二氧化碳含量增加在后。

 何谓温室效应?

温室效应(Greenhouse Effect),又名“大气效应”,是大气保温效应的俗称。

   太阳以电磁波的形式向外传递能量,称太阳辐射(Solar Radiation),太阳辐射是一种短波辐射。地球温度比太阳低很多,所以辐射的波长比太阳辐射的要长很多,主要集中在红外线范围。大气层能使太阳短波辐射到达地面,但地表受热后向外释放的大量长波热辐射却被大气层吸收,然后再向外辐射,这样就使地表与低层大气之间的温度保持在一个合理的范围以内。

   太阳辐射的四分之一被大气吸收,四分之一被大气反射回宇宙空间,只有约一半到达地球表面被地表吸收。被地表吸收的能量中有五分之二以长波辐射的形式向外散失,其中的四分之三被温室气体截留,尔后一部分再返还至地表和低层大气中。

 

   众所周知,大气中的氧气(O2)和臭氧(O3)能够吸收比可见光波长更短的太阳紫外线辐射,使地面上生长的动植物免受过度紫外线辐射的伤害。而温室效应存在的重要意义则是:地球通过大气的温室效应来保持地气系统的热量平衡,使近地层温度维持在一个可以支撑生命的范围内。假如没有温室效应,地表平均温度会是零下20℃左右,而不是现在的15℃,地球上可能根本没有生物存在。

   不幸的是,由于全球变暖的宣传,在不少人心目中,温室效应成了负面消极的东西。

二,二氧化碳和水蒸气

   温室效应是由温室气体实现的。现在我们知道的温室气体,有水蒸汽(H2O)、二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、一氧化二氮(N2O)、氯氟碳化合物(CFCs)及臭氧(O3)等。

  为了比较各种温室气体在大气中吸收热的能力,IPCC在1990年的报告中引入“全球变暖潜力”(Global Warming Potential-GWP)的概念。“全球变暖潜力”被定义为某一单位质量的温室气体在一定时间内(20、50、100 或 500 年)相对于二氧化碳的热吸收能力。以二氧化碳为标准,热吸收能力定为1,多年平均结果如下(百年时段):甲烷21,一氧化二氮310,氯氟碳化合物1000以上。这些气体的温室效应能力都超过二氧化碳。

   在各类温室气体中,二氧化碳对温室效应的贡献率为3.618%,而人类活动产生的二氧化碳仅占大气中二氧化碳总含量的3.225%。以上计算结果得到官方公开数据的支持:据美国能源部公布的数据,人类活动产生的二氧化碳每年有231亿吨(光70亿人每年呼出的CO2就有约30亿吨),而自然界二氧化碳年度总产量为7700亿吨,人类活动所产生的二氧化碳仅占大气中所有二氧化碳总产量的2.91%,这个数据与3.225%非常接近。也就是说,人类活动所产生的二氧化碳对温室效应的贡献为0.117%。即使按照IPCC 的数据,人类活动产生的二氧化碳每年有290亿吨,自然界二氧化碳年度总产量为7500亿吨,人类贡献也仅仅是3.8%。

   在冬季,北半球绝大多数植物进入落叶休眠期停止了光合作用,不再吸收二氧化碳,而脱落的植物叶子腐烂会释放出大量二氧化碳,所以从当年十月到翌年五月北半球的二氧化碳在空气中含量是不断增加的,五月份所有观测点二氧化碳浓度达到年内最高值,而后其浓度随着植物复苏光合作用增强迅速下降。虽然冬天二氧化碳浓度最高,但我们并没有觉得暖和多少。这说明,二氧化碳对大气温度的作用相当有限。

   那么谁才是最重要的温室效应气体?答案出乎预料,是水蒸气。

 

Goody 和 Yung在1989年出版的《大气辐射:理论基础》一书中说:“水蒸气是最重要的温室效应气体,二氧化碳仅排第二位”。水蒸气在大气里的含量占各类气体的4%,二氧化碳占0.04%,两者相差100倍。在对红外线的吸收能力方面水蒸气远高于二氧化碳,由下图可见,二氧化碳的吸收谱很窄,唯一显著的吸收频段在12-15微米的那个峰。而水蒸气的情形却完全不一样,从0.8-30微米间存在多个吸收峰,特别是10微米以上,水蒸气的吸收频率几乎是连续不断的。因此,即使在同等浓度下,水蒸气的温室效应也是二氧化碳的很多倍。由此推算,在温室效应气体中,水蒸气对温室效应的贡献率为95%,二氧化碳只有3%。

水蒸气和二氧化碳对不同波段电磁辐射的吸收情况,

加拿大著名地理学家、古气候学家 Tim Ball 认为:“水蒸气是最主要的温室气体,因为大气中温室效应的95%来自水蒸气的作用。社会公众可能对此难以理解。举个浅显的例子:早春、晚秋晴朗的傍晚,由于辐射降温,在近地层会出现霜冻现象,但是如果天空有云层覆盖,因为水蒸气产生的温室效应作用,它会将近地层辐射的热量截收,近地层辐射降温就不会那么明显,出现霜冻的概率就大大降低了。

   在阿尔及利亚南部的撒哈拉沙漠,这里中午的温度可达52℃,而午夜的气温又降至-3.6℃。一个重要的原因是由于这里空气中的水蒸气含量极低因而大气中的温室效应作用非常的弱”。

 

这并不难理解:覆盖地球表面71%的水通过固态、液态和气态三态之间的转换,参与了能量携带、运送和分配的整个过程,影响着了大气的温度和降水,扮演了全球气候变化的最最重要的角色,是整个地球大气中最活跃的因素。

也就是说:一、农业化学物质排放也是造成大气污染的源头。是雾霾构成的一个大的组成部分。

二、工业锅炉改造后留下的是一大堆造成雾霾隐患的机器,即构成了雾霾的第二大成因。工业锅炉由原来的黑烟、黄烟、灰烟变成了我们今天看到的白色烟,也就是水蒸气。加之现代锅炉改造脱硫脱硝不彻底,或者说有的设施纯属摆设。


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