化学与气象春天为什么让人兴奋据《生命时报》报道纽约大学的研究人员说，冬天人体会分泌较高水平的褪黑素，这种激素能控制睡眠周期，让睡眠时间更长。春天到来时，眼内光敏组织感知到白昼时间延长，会向大脑发送减少褪黑素分泌的信号，这会让人清醒时间增加，大脑更加活跃。另一方面，体内一种调节情绪的神经递质5-羟色胺水平在春季也会升高，这可能是兴奋、精力充沛、内心狂热等春季兴奋症状的根源。 ?人类学家则认为，春季不安是人类进化的结果。早期人类在整个冬天常处于一种类似冬眠的状态。春天来临时，他们开始进行狩猎、采集和生育等活动，这让人们活动欲望增加。这时季节性情感障碍和心脏病等疾病的发病率明显下降。但它也会带来一些负面影响，例如，败血症多在春季发病；在没有开展大范围疫苗接种以前，麻疹和风疹也常在春季暴发；痛风的发病高峰多在4月份。皮肤科医生也指出，皮炎、红斑狼疮和花粉症患者在春季明显增多。此外，春天意外怀孕的发生率最高，而自杀行为也有明显上升。臭氧层空洞在高层大气中（高度范围约离地面15～24km），由氧吸收太阳紫外线辐射而生成可观量的臭氧（O3）。光子首先将氧分子分解成氧原子，氧原子与氧分子反应生成臭氧： O2→2O O＋O2→O3 O3和O2属于同素异形体，在通常的温度和压力条件下，两者都是气体。 当O3的浓度在大气中达到最大值时，就形成厚度约20km的臭氧层。臭氧能吸收波长在220～330nm范围内的紫外光，从而防止这种高能紫外线对地球上生物的伤害。 过去人类的活动尚未达到平流层（海拔约30km）的高度，而臭氧层主要分布在距地面20～25km的大气层中，所以未受到重视。近年来不断测量的结果已证实臭氧层已经开始变薄，乃至出现空洞。1985年，发现南极上方出现了面积与美国大陆相近的臭氧层空洞，1989年又发现北极上空正在形成的另一个臭氧层空洞。此后发现空洞并非固定在一个区域内，而是每年在移动，且面积不断扩大。臭氧层变薄和出现空洞，就意味着有更多的紫外辐射线到达地面。紫外线对生物具有破坏性，对人的皮肤、眼睛，甚至免疫系统都会造成伤害，强烈的紫外线还会影响鱼虾类和其他水生生物的正常生存，乃至造成某些生物灭绝，会严重阻碍各种农作物和树木的正常生长，又会使由CO2量增加而导致的温室效应加剧。人类活动产生的微量气体，如氮氧化物和氟氯烷等，对大气中臭氧的含量有很大的影响。引起臭氧层被破坏的原因有多种解释，其中公认的原因之一是氟里昂（氟氯甲烷类化合物）的大量使用。氟里昂被广泛应用于制冷系统、发泡剂、洗净剂、杀虫剂、除臭剂、头发喷雾剂等。氟里昂化学性质稳定，易挥发，不溶于水。但进入大气平流层后，受紫外线辐射而分解产生CI原子，CI原子则可引发破坏O3循环的反应：CI＋O3→CIO＋O2 CIO＋O→CIO2 由第一个反应消耗掉的CI原子，在第二个反应中又重新产生，又可以和另外一个O3起反应，因此每一个CI原子能参与大量的破坏O3的反应，这两个反应加起来的总反应是： O3＋O→2O2 反应的最后结果是将O3转变为O2，而CI原子本身只作为催化剂，反复起分解O3的作用。O3就被来自氟里昂分子释放出的CI原子引发的反应而破坏。 另外，大型喷气机的尾气和核爆炸烟尘的释放高度均能达到平流层，其中含有各种可与O3作用的污染物，如NO和某些自由基等。人口的增长和氮肥的大量生产等也可以危害到臭氧层。在氮肥的生产中去向大气释放出各种氮的化合物，其中一部分可能是有害的氧化亚氮（N2O），它会引发下列反应： N2O＋O→N2＋O2N2＋O2→2NONO＋O3→NO2＋O2NO2＋O→NO＋O2O3＋O→2O2 NO按后两个反应式循环反应，使O3分解。 为了保护臭氧层免遭破坏，于1987年签定了蒙特利尔条约，即禁止使用氟氯烷和其他的卤代烃的国际公约。然而，臭氧层变薄的速度仍在加快。不论是南极地区上空，还是北半球的中纬度地区上空，O3含量都呈下降趋势。与此同时，关于臭氧层破坏机制的争论也很激烈。例如大气的连续运动性质使人们难以确定臭氧含量的变化究竟是由动态涨落引起的，还是由化学物质破坏引起的，这是争论的焦点之一。由于提出不同观点的科学家在各自所在的地区对大气臭氧进行的观测是局部和有限的，因此建立一个全球范围的臭氧浓度和紫外线强度的监测网络，可能是十分必要的。 联合国环境计划署对臭氧消耗所引起的环境效应进行了估计，认为臭氧每减少1％，具有生理破坏力的紫外线将增加13％，因此，臭氧的减少对动植物尤其是人类生存的危害是公认的事实。保护臭氧层须依靠国际大合作，并采取各种积极、有效的对策。全球CO2含量高于2000万年前 ??据英国布里斯托(Bristol)大学和帝国(Imperial)大学科学家研究发现，如今地球大气中的二氧化碳含量要高于百万年前的水平。 二氧化碳是最主要的温室气体。Bristol大学的PaulPearson博士和Imperial大学的MartinPalmer教授设法测试了距今6千万年的大气中二氧化碳的含量。他们的发现公布在今天出版的最新一期《自然》杂志上。 科学家们对曾经在海洋表面生存的浮游生物进行了分析，并测定了远古海水的酸度，因为这主要是由当时大气中二氧化碳含量决定的。通过新的方当科学家模拟恢复了远古时期大气中的二氧化碳含量。研究结果表明，今天的二氧化碳含量水平要比距今2千万年前要高。但在更早之前，即距今2千万年以前的二氧化的温室气体效应比现在还要强。Pearson博士对此认为：“我们的研究使我们对二氧化碳这一温室气体有了个‘长期’的观点。” ???如今二氧化碳含量水平的上升，主要归咎于人类对林木的过度砍伐和化石燃料的大量使用。据预测，到2100年，其含量将上升到距今5千万年前的始新世(Eoceneperiod)水平。当时还没有巨大的冰川，大陆上的广大区域被洪水覆盖。今天的伦敦区域在当时是热带沼泽，年均气温为25℃，但如今的年均温度则为10℃。 Palmer教授认为，这并不表示在不远的将来会恢复到当时的气候水平，因为气候环境还包括许多其它的因素。但他认为，“当时酷热的无冰气候环境将警告我们，如果温室效应失控的话，将会发生些什么。”温室效应我相信大部份看到这篇文章的同学﹐都曾经在学校里学过温室效应是什么了。今日我将再深入一点和大家说说这个题目。 为何地球是暖的﹖ 太阳其实是不断向四面八方发出射线﹐这些射线的波长段是在紫外光到红外线之间。这些太阳射线可以在通过大气层时不太会被空气中的气体所吸收。当这些射线到达地球表面时﹐它们就会被物体所吸收﹐转成了热﹐所以地球表面和海面亦是暖的。这些“热”了的物体亦因它们“热”了﹐而放射出另一种波长转长的射线(红外线)﹐向四方八面散射出去。 虽然同是射线﹐但这些红外线却不像那些来自太阳的。它们在经过大气层时﹐是会被气体如水蒸气﹐臭氧﹐二氧化碳和其它的气体所吸收。(这些可以吸收红外线的气体﹐可统称为“温室气体”)这些气体在吸收了这些红外线并将其转化成热﹐因而令附近的温度上升。 这些气体一如地面上的物质一样﹐“热了”亦会散射出红外线。一些会射向外层空间﹐一些则会反射回地面。 这些温室气体因而好象地球的一张“被”﹐为地球保温。由二氧化碳﹐水蒸气和其它温室气体所造成的暖化效应我们都称这为温室效应。空气中水蒸气的含量比起二氧化碳的含量高出很多(虽然水蒸气在空气中的含量并不如二氧化碳般较为稳定)﹐所以温室效应的暖化效果主要是水蒸气造成的。但是有部分波长的红外线是水蒸气不可吸收的。二碳化碳所吸收的红外线波长刚刚有部份是在这个空隙的。如果二氧化碳的浓度上升﹐那么多些热就会被保存着﹐令到地球更加暖化。 虽然水蒸气在大气中向来大体上都有一定的浓度﹐但二氧化碳的浓度却不然。自从欧洲发生了工业革命﹐二氧化碳在大气中的含量就开始上升。在工业革命前﹐大气中二氧化碳的浓度约为280-90ppm,但是在1990年﹐浓度已上升成大约340ppm.地球暖化起来并不只是因为二氧化碳的浓度上升﹐其它的温室气体的浓度亦是一个因素。我们常在谈论温室效应的时候也谈起二氧化碳﹐只是因为二氧化碳的影响性为最大(它在大气中的浓度正不断上升)。虽然其它的温室气体在大气中的浓度比二氧化碳低很多﹐但它们对红线的吸收力﹐却比二氧化碳好﹐所以﹐它们的潜在影响力比较大。 温室效应除了会令地球气温上升外﹐也可使沿海地区被海水淹没﹐虽然如此﹐若没有温室效应的话﹐地球表面的平均温度﹐将为-18度﹐而不是现在的15度。中国酸雨的问题 ?在中国的大气污染中，酸雨和浮尘是最主要的污染。由于二氧化硫和氮氧化物的排放量日渐增多，酸雨的问题越来越突出。现在中国已是仅次于欧洲和北美的第三大酸雨区。 我国酸雨主要分布地区是长江以南的四川盆地、贵州、湖南、湖北、江西，以及沿海的福建、广东等省。酸雨可对森林植物产生很大的危害。在酸雨的作用下，土壤中的营养元素如K、Na、Ca、Mg会释放出来，并随着雨水被淋溶掉，从而使土壤变得贫瘠。此外，酸雨能使土壤中的铝元素从稳定态中释放出来，使活性铝增加，土壤中活性铝的增加能严重地抑制林木的生长。 据初步调查统计，四川盆地受酸雨危害的森林面积最大，约为28万公顷，占林地面积的32％。贵州受害森林面积约为14万公顷。仅西南地区由于酸雨造成生产力下降，共损失木材630万立方米，直接经济损失30亿元（按1998年市场价计算），对南方11个省的估计，酸雨造成的直接经济损失达44亿元。 中国对酸雨虽然进行了近20年的研究，但是研究的资金投入、研究规模和研究的深度都是远远不够的。国内对酸雨研究投入的资金，不足欧洲的1%。 1999年国务院批复了国家环保局《关于呈报审批酸雨控制区和二氧化硫污染控制区划分方案的请示》，确定了治理酸雨和二氧化硫污染的目标和措施，这为酸雨问题的早日解决带来了希望。一场酸雨一场祸据最近报载，"八五"期间广东酸雨呈上升趋势，几乎每降两次雨就有一次是酸雨，全省酸雨覆盖率达90％以上。据有关资料表明，广东每年因酸雨导致建筑物腐蚀、森林减少、农作物减产和耕地减少所造成的损失达40亿元，这还未包括水生生态系统的损失以及对人类健康危害所造成的损失。可以说一场酸雨一场祸。 酸雨对人类健康产生影响主要通过三种方式：一是经皮肤沉积而吸收；二是经呼吸道吸入，主要是硫和氮的氧化物引起急性和慢性呼吸道损害，原先就有肺部疾患，特别是年幼的哮喘病人受酸雨影响最为明显；三是来自地球表面微量金属的毒性作用，这是酸雨对人类健康最具重要性的潜在危害。 酸雨沉降于地球表面后是否会造成对人类健康的潜在危害，主要取决于降水区地质因素的缓冲能力。酸雨的危害不仅仅是由于其酸度所致、同时也与从土壤和岩石迂移来的金属有关。这些溶滤出来的金属至少有三种对人类具有危害性。 首先是铅。一般认为人体摄入的铅多数来源子食物、空气和尘埃，往往忽视水作为铅的重要来源，最近埃尔伍德等证明，水在引起血铅浓度升高的作用中比大气更为重要。酸雨之所以能增加人类对铅的暴露程度，不只是通过土壤溶滤出铅，而且也由于降低了饮用水的pH值所致。在美国的格拉斯哥市。一个有大量酸雨降落的地区，饮用水pH值为6.3，血铅浓度较高；而用碱对水处理后血铅浓度即明显降低。 其次是汞。人类最常暴露的汞是汞蒸气和甲基汞化台物。酸雨通过对地面水的酸化作用，可促进甲基汞在鱼中的蓄积。至于大气中的汞蒸气，一小部分水溶性汞经雨水或干沉积作用回到地球表面，而酸雨可更有效地移除大气中的汞降至地面。无机汞在水沉积物的生化循环中发生细菌的甲基化作用。其速率取决于pH值，pH值低，汞的甲基化作用强。在未受工业废水污染的湖水中，已发现鱼肉甲基汞浓度升高与酸性pH值有相关关系。加拿大魁北克的印第安人中．已发现轻度甲基汞中毒，该地区的工业废水和酸沉降物可能是造成鱼肉汞含量升高的原因。最后是铝。在酸雨敏感地区，铝的迁移造成了地面水和地下水铝含量升高。关岛的土著居民肌萎缩性硬化症和帕金森氏病发病率高，这被证明是铝引起的。对早老性痴呆病（阿尔茨海默病）也怀疑与铝有关。在这种病人的脑组织中已查出神经元的核心区有铝的积聚。根据最普通的假说，早老性痴呆病是皮质胆碱能神经支配紊乱的一种疾病。有人报告本病病人的大脑胆碱转乙酞酶活性明显降低，而铝被认为对红细胞中的胆碱输送有抑制作用，因而降低了神经组织胆碱转乙酞酶的活性。酸雨引起的饮水含铝量升高可能有不利影响。地球上的水资源海洋面积占地球表面的71％，如果将海洋中所有的水均匀地铺盖在地球表面，地球表面就会形成一个厚度2700米的水圈。所以有人说地球的名字起错了，应该叫作“水球”。 从地球上生命的起源到人类社会的形成，从生产力低下的原始社会到科学技术发达的现代社会，人与水结下了不解之缘。水既是人类生存的基本条件，又是社会生产必不可少的物质资源。没有水，就没有人类社会的今天。水与空气、食物是人类生命和健康的三大要素。人体重量的50－60％由水组成，儿童体内的水分更高达80％。可以说，没有水就没有生命。但地球上的淡水资源只占地球水资源总量的3％，在这3％的淡水中，可供直接饮用的只有0.5％。所以说，水是人类的宝贵资源，是生命之泉。 自古以来人们就逐水草而居。大约在50亿年前的原始地球，天空烈日似火，电击雷轰；地面熔岩滚滚，火山喷发。这种自然现象成了生命起源的“催生婆”。巨大的热能，促使原始地球各种物质激烈地运动和变化，孕育着生机。原始地球由于不断散热，灼热的表面逐渐冷却下来，原来从大地上“跑”到天空中去的水，凝结成雨点，又降落到地面，持续了许多亿年，形成了原始海洋。在降雨过程中，氢、二氧化碳、氨和甲烷等，有一部分带入原始海洋；雨水冲刷大地时，又有许多矿物质和有机物陆续随水汇集海洋。广漠的原始海洋，诸物际会，气象万千，大量的有机物源源不断产生出来，海洋就成了生命的摇篮。机物——氨基酸。同时，用紫外线照射也能得到有机化合物。我国科学家于1965年在世界上首先人工合成了具有生命活力的蛋白质——胰岛素，这是我国在探索生命起源的征途上的一大步。 ?水大原始地球由于不断散热，灼热的表面逐渐冷却下来，原来从大地上“跑”到天空中去的水，凝结成雨点，又降落到地面，持续了许多亿年，形成了原始海洋。在降雨过程中，氢、二氧化碳、氨和甲烷等，有一部分带入原始海洋；雨水冲刷大地时，又有许多矿物质和有机物陆续随水汇集海洋。广漠的原始海洋，诸物际会，气象万千，大量的有机物源源不断产生出来，海洋就成了生命的摇篮。臭氧层与皮肤癌大气圈平流层中，即在高出海平面20千米—30千米的范围内，有一个臭氧含量较市较高的臭氧层。臭氧在大气层中只占百分之一，这个薄薄的臭氧层，浓度低于十分之一，但能够阻止太阳光中大量的紫外线，有效地保护了地球生物的生存。臭氧层中臭氧含量的减少等于在屋顶上开了天窗，导致太阳对地球紫外线辐射增强。大量紫外光照射进来，严重损害动植物的基本结构，降低生物产量，使气候和生态环境发生变异，特别对人类健康造成重大损害。 ?美国一个科学小组指出，北美洲上空平流层臭氧含量在最近5年内减少了约百万分之一，皮肤癌症患者就达50万人，其中恶性肿瘤病例25000人，死亡约五千人。有人估计，如果臭氧层中臭氧层含量减少10%，地球的紫外线辐射将增加19%-22%，皮肤癌发病率将增加15%-25%，仅美国死于皮肤的人将增加150万人，白内障患者将达到500万人，患呼吸道疾病的人也将增多。紫外一辐射增强，将打乱生态系统中复杂的食物链，导致一些主要生物物种灭绝。大量紫外线辐射还可能降低海洋生物的繁殖能力，扰乱昆虫的交配习惯，并能毁坏植物，特别是农作物，使地球的农作物减产2/3，导致粮食危机。 平流层离地面那么高，其中的臭氧含量呈蓝色，有特殊的臭味。氟利昂是一种常用的冷冻剂。它还可以作喷雾剂、电子元件清洗剂、塑料发泡剂等。这种化合物不断排入大气到达平流层，遇太阳光照射就分解臭氧的氯气和氯的化合物，使臭氧结构浓度大量降低。最新的计算表明：由于氟氯烃在世界范围的广泛使用，今后30年中，大气层的臭氧将减少16.5%。其后果将是十分严重的。 近几十年以来，国际上召开了多次会议研究臭氧层的问题以及保护它的措施。古人说“杞人忧天”是指不必要的操心。今天的“世人忧天”乍听起来耸人听闻，却是有科学道理的。绿色化学绿色化学主要是关于环境的化学。绿色化学的12项原则： 1．防止——防止产生废弃物要比产生后再去处理和净化好得多。 2．讲原子经济——应该设计这样的合成程序，使反应过程中所用的物料能最大限度地进到终极产物中。 3．较少有危害性的合成反应出现——无论如何要使用可以行得通的方法，使得设计合成程序只选用或产出对人体或环境毒性很小最好无毒的物质。 4．设计要使所生成的化学产品是安全的——设计化学反应的生成物不仅具有所需的性能，还应具有最小的毒性。 5．溶剂和辅料是较安全的——尽量不同辅料（如溶剂或析出剂），当不得已使用时，尽可能应是无害的。 6．设计中能量的使用要讲效率——尽可能降低化学过程所需能量，还应考虑对环境和经济的效益。合成程序尽可能在大气环境的温度和压强下进行。 7．用可以回收的原料——只要技术上、经济上是可行的，原料应能回收而不是使之变坏。 8．尽量减少派生物——应尽可能避免或减少多余的衍生反应（用于保护基团或取消保护和短暂改变物理、化学过程），因为进行这些步骤需添加一些反应物同时也会产生废弃物。 9．催化作用——催化剂（尽可能是具选择性的）比符合化学计量数的反应物更占优势。10．要设计降解——按设计生产的生成物，当其有效作用完成后，可以分解为无害的降解产物，在环境中不继续存在。 11．防止污染进程能进行实时分析——需要不断发展分析方法，在实时分析、进程中监测，特别是对形成危害物质的控制上。12．特别是从化学反应的安全上防止事故发生——在化学过程中，反应物（包括其特定形态）的选择应着眼于使包括释放、爆炸、着火等化学事故的可能性降至最低。
