大气污染

AP 环境科学 · 知识点 7

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7.1

空气污染导论

教学大纲

持久理解 (STB-2)： 人类活动对大气产生了物理、化学和生物学方面的后果。

学习目标 STB-2.A： 识别空气污染源及其影响。

STB-2.A.1 煤炭燃烧会释放包括二氧化碳、二氧化硫、有毒金属和颗粒物在内的空气污染物。
STB-2.A.2 化石燃料的燃烧会向大气中释放氮氧化物。它们会导致臭氧的产生、光化学烟雾的形成，并在大气中转化为硝酸，从而引起酸雨。化石燃料燃烧产生的其他污染物还包括一氧化碳、碳氢化合物和颗粒物。
STB-2.A.3 化石燃料（主要是柴油）燃烧过程中释放的二氧化硫会影响空气质量。
STB-2.A.4 通过《清洁空气法》，环境保护署（EPA）对铅的使用进行了管制，特别是在燃料中，这显著减少了大气中的铅含量。
STB-2.A.5 空气污染物可以分为一次污染物和二次污染物。

来源：College Board AP 课程与考试说明

空气污染(air pollution)是大气里有害的物质。一次污染物(primary pollutants)被直接排放(一氧化碳、氮氧化物、二氧化硫、颗粒物);二次污染物(secondary pollutants)在空气里由反应形成(像烟雾里的臭氧)。大多数来自车辆、发电厂和工业里的燃烧化石燃料。

一次污染物直接排放；二次污染物在空气中形成

探索

一次污染物还是二次污染物?

按照每种污染物是直接排放的还是后来在空气中形成的,给它们分类。

词汇训练

English	中文	拼音
Air pollution/eə pəˈluːʃn/	空气污染	kōng qì wū rǎn
Primary pollutants/ˈpraɪməri pəˈluːtənts/	一次污染物	yī cì wū rǎn wù
secondary pollutants/ˈsekəndəri pəˈluːtənts/	二次污染物	èr cì wū rǎn wù

7.2

光化学烟雾

教学大纲

**持久理解 (STB-2)：**人类活动对大气产生物理、化学和生物学方面的影响。

**学习目标 STB-2.B：**解释光化学烟雾的成因、影响以及减少其产生的方法。

STB-2.B.1 氮氧化物和挥发性有机碳氢化合物在热量和阳光的作用下发生反应，生成多种污染物，从而形成光化学烟雾。
STB-2.B.2 许多环境因素会影响光化学烟雾的形成。
STB-2.B.3 氮氧化物通常在清晨产生。由于臭氧是由氧气与阳光之间的化学反应生成的，因此其浓度在下午达到峰值，且在夏季更高。
STB-2.B.4 挥发性有机化合物（VOCs），如甲醛和汽油，在室温下会蒸发或升华。树木是VOCs的自然来源。
STB-2.B.5 由于机动车数量众多，光化学烟雾常在城市地区形成。
STB-2.B.6 通过减少氮氧化物和VOCs的排放，可以降低光化学烟雾的产生。
STB-2.B.7 光化学烟雾会对人体健康造成多种危害，包括引发呼吸系统问题和眼部刺激。

来源：College Board AP 课程与考试说明

光化学烟雾(photochemical smog)在阳光驱动来自汽车尾气的氮氧化物和挥发性有机化合物之间的反应时形成,产生地面臭氧(ozone)。它在阳光充足、汽车多的城市里最严重,并伤害肺。(地面臭氧是一种污染物,不像高处保护性的臭氧层。)

洛杉矶的天际线在厚厚的灰褐色雾霾中几乎看不见,前景是高速公路上的汽车 — 洛杉矶上空的光化学烟雾:晴天里,汽车尾气在阳光中反应,形成遮住天际线的褐色雾霾

词汇训练

English	中文	拼音
Photochemical smog/ˌfəʊtəʊˈkemɪkl smɒɡ/	光化学烟雾	guāng huà xué yān wù
ozone/ˈəʊzəʊn/	臭氧	chòu yǎng

7.3

逆温现象

教学大纲

持久理解 (STB-2)： 人类活动对大气产生了物理、化学和生物学方面的后果。

学习目标 STB-2.C： 描述逆温现象及其与污染的关系。

STB-2.C.1 在发生逆温现象时，大气中正常的温度梯度会发生改变，即地表空气温度低于高海拔处的空气温度。
STB-2.C.2 逆温现象会将污染物困在近地面区域，尤其是烟雾（smog）和颗粒物。

来源：College Board AP 课程与考试说明

逆温现象

一个逆温(thermal inversion)把污染困在地面附近。通常温暖的空气上升并把污染物带走,但在一个逆温里一层温暖的空气坐在较凉的空气之上,把它封住。污染物在下面积累——造成危险的烟雾事件,尤其是在山谷里。

通常温暖的空气上升并扩散污染;一个逆温把它封在地面附近

词汇训练

English	中文	拼音
thermal inversion/ˈθɜːml ɪnˈvɜːʃn/	逆温	nì wēn

7.4

大气二氧化碳与颗粒物

教学大纲

持久性理解 (STB-2)： 人类活动对大气产生物理、化学和生物后果。

学习目标 STB-2.D： 描述 $CO_2$ 和颗粒物的自然来源。

STB-2.D.1 $CO_2$ 自然地出现在大气中，来源包括呼吸作用、分解作用和火山喷发。
STB-2.D.2 颗粒物有多种自然来源。

来源：College Board AP 课程与考试说明

来自化石燃料的上升的大气 $\text{CO}_2$ 增强温室效应并使气候变暖。颗粒物(particulate matter)(微小的固体/液体颗粒,PM2.5 和 PM10)深入肺,造成呼吸和心脏疾病,并降低能见度。

PM10与PM2.5及人类头发的对比

探索

二氧化碳还是颗粒物?

把每个描述归到它适合的污染物之下。

词汇训练

English	中文	拼音
Particulate matter/pəˈtɪkjʊleɪt ˈmætə/	颗粒物	kē lì wù

7.5

室内空气污染物

教学大纲

持久性理解 (STB-2)： 人类活动对大气产生物理、化学和生物学方面的后果。

学习目标 STB-2.E： 识别室内空气污染物。

STB-2.E.1 一氧化碳是一种被归类为窒息剂的室内空气污染物。
STB-2.E.2 被归类为颗粒物的室内空气污染物包括石棉、灰尘和烟雾。
STB-2.E.3 室内空气污染物可能来源于自然源、人为源以及燃烧过程。
STB-2.E.4 常见的自然源室内空气污染物包括氡、霉菌和灰尘。
STB-2.E.5 常见的人为源室内空气污染物包括：来自家具、护墙板和地毯的挥发性有机化合物（VOCs）；来自建筑材料、家具、软垫和地毯的甲醛；以及来自油漆中的铅。
STB-2.E.6 常见的燃烧空气污染物包括一氧化碳、氮氧化物、二氧化硫、颗粒物以及烟草烟雾。
STB-2.E.7 氡-222 是一种天然存在的放射性气体，由某些岩石和土壤中发现的铀衰变而产生。

学习目标 STB-2.F： 描述室内空气污染物的影响。

STB-2.F.1 氡气可以通过土壤向上移动并经由地下室或墙壁及地基的裂缝渗入房屋。此外，它也可能溶解在通过水井进入房屋的地下水中。
STB-2.F.2 接触氡气可能导致氡诱发的肺癌，这是美国的第二大肺癌成因。

来源：College Board AP 课程与考试说明

室内空气能比室外更污染。常见的室内污染物包括氡(radon)(来自地面的放射性气体,一个肺癌风险)、一氧化碳、石棉(asbestos)、烟草烟、霉菌,和来自油漆和家具的 VOCs。通风和源头控制减少暴露。

室内炉灶：生物质烟雾是全球许多家庭的主要室内空气污染物 — 一种室内炉灶：生物质燃烧产生的烟雾是全球许多家庭的主要室内空气污染物

探索

每种室内污染物来自哪里?

按照每种室内污染物来自燃烧还是来自材料和地面,给它们分类。

词汇训练

English	中文	拼音
radon/ˈreɪdɒn/	氡	dōng
asbestos/æsˈbestəs/	石棉	shí mián

7.6

空气污染物的减少

教学大纲

**持久理解 (STB-2)：**人类活动对大气产生物理、化学和生物学后果。

**学习目标 STB-2.G：**解释如何在源头减少空气污染物。

STB-2.G.1 减少空气污染物的方法包括监管措施、保护性措施以及替代燃料的使用。
STB-2.G.2 油气回收喷嘴是安装在汽油泵上的一种空气污染控制装置，用于在机动车加油时防止蒸汽逸散到大气中。
STB-2.G.3 催化转化器是内燃机用的一种空气污染控制装置，可将废气中的污染物（CO、$NO_x$ 和碳氢化合物）转化为危害较小的分子（$CO_2$、$N_2$、$O_2$ 和 $H_2O$）。
STB-2.G.4 湿式洗涤器和干式洗涤器是空气污染控制装置，用于从工业废气流中去除颗粒物及/或气体。
STB-2.G.5 减少燃煤发电厂空气污染的方法包括使用洗涤器和静电除尘器。

来源：College Board AP 课程与考试说明

空气污染由技术和政策削减:汽车上的催化转化器(catalytic converters)、烟囱上的洗涤器(scrubbers)和静电除尘器(electrostatic precipitators)、更清洁的燃料,和像清洁空气法案(Clean Air Act)这样设定排放限制的法律。减少化石燃料使用解决根本原因。

一个催化转化器把有害的 NO 和 CO 变成无害的 N2 和 CO2

探索

减少还是加重空气污染?

按照每个行为是削减空气污染还是增加它,给它们分类。

词汇训练

English	中文	拼音
catalytic converters/ˌkætəˈlɪtɪk kənˈvɜːtəz/	催化转化器	cuī huà zhuǎn huà qì
scrubbers/ˈskrʌbəz/	洗涤器	xǐ dí qì
electrostatic precipitators/ɪˌlektrəʊˈstætɪk prɪˈsɪpɪteɪtəz/	静电除尘器	jìng diàn chú chén qì

7.7

酸雨

教学大纲

**持久理解 (STB-2)：**人类活动对大气产生物理、化学和生物学方面的后果。

**学习目标 STB-2.H：**描述酸性沉降（酸沉积）。

STB-2.H.1 酸雨及酸性沉降源于大气中来自人为源和自然源的氮氧化物与硫氧化物。
STB-2.H.2 导致酸性沉降的氮氧化物主要来自机动车和燃煤发电厂；导致酸性沉降的二氧化硫主要来自燃煤发电厂。

**学习目标 STB-2.I：**描述酸性沉降对环境的影响。

STB-2.I.1 酸性沉降主要影响位于燃煤发电厂下风向的社区。
STB-2.I.2 酸雨和酸性沉降可导致土壤和水体酸化，并腐蚀人造结构物。
STB-2.I.3 土壤和基岩的区域差异会影响酸性沉降对该地区的作用——例如石灰岩基岩中和酸雨对湖泊和池塘影响的能力。

来源：College Board AP 课程与考试说明

酸雨(acid rain)在二氧化硫和氮氧化物与空气里的水反应制造硫酸和硝酸时形成,它们在很远的下风处落下。它使湖泊和土壤酸化(伤害鱼和树)、淋溶营养,并腐蚀建筑。减少 $\text{SO}_2$ 和 $\text{NO}_x$ 排放是修复。

氮和硫的氧化物在雨中形成硝酸和硫酸

煤炭开采与燃烧：燃烧化石燃料是大气 CO2 上升的主要驱动因素

探索

酸雨有多酸？

当硫氧化物和氮氧化物溶解于雨水时形成酸雨，使其 pH 值降至远低于正常的 ~5.6。每降低一个pH单位，酸性增加十倍。

词汇训练

English	中文	拼音
Acid rain/ˈæsɪd reɪn/	酸雨	suān yǔ

7.8

噪声污染

教学大纲

持久理解（STB-2）： 人类活动对大气产生了物理、化学和生物学方面的后果。

学习目标 STB-2.J： 描述导致噪声污染的人类活动及其影响。

STB-2.J.1 噪声污染是指达到足以引起生理压力和听力损失的声级水平。
STB-2.J.2 城市地区噪声污染的来源包括交通运输、建筑施工以及家庭和工业活动。
STB-2.J.3 噪声污染对生态系统中动物的部分影响包括：压力、掩盖用于交流或捕猎的声音、听力受损，以及改变迁徙路线。

来源：College Board AP 课程与考试说明

噪声污染(noise pollution)是环境里不想要的或有害的声音。主要的来源是道路交通、飞机、火车、工业和建筑。在人里,长时间或响亮的暴露造成听力损失(hearing loss)、压力(stress)、睡眠损失,和更高的血压。它也扰乱野生动物(wildlife):它掩盖动物用来交流、导航和找配偶的声音,而来自船只的水下噪声对鲸鱼和海豚尤其有害。它由隔音屏障、更安静的引擎和消音器,和像机场周围缓冲区这样的土地使用规划来减少。

Worked example. 正常雨的 pH 约为 5.6;一个酸雨样本测得 pH 3.6。因为 pH 是以 10 为底的对数刻度,每一个单位是氢离子浓度 $10\times$ 的变化,所以 pH 3.6 比正常雨酸 $10^{(5.6-3.6)}=10^{2}=100$ 倍。这一百倍的跳跃就是为什么酸雨如此快地损害叶子、土壤和石灰岩。

分贝标尺：长期暴露于 85 dB 以上会损伤听力 — 分贝标度：长期暴露于85 dB以上会损伤听力

探索

噪声污染的来源还是影响?

把每一项归入噪声的来源或它造成的影响。

词汇训练

English	中文	拼音
noise pollution/nɔɪz pəˈluːʃn/	噪声污染	zào shēng wū rǎn
hearing loss/ˈhɪərɪŋ lɒs/	听力损失	tīng lì sǔn shī
stress/stres/	压力	yā lì
wildlife/ˈwaɪldlaɪf/	野生动物	yě shēng dòng wù

7.8

考试技巧

把一次污染物(直接排放:CO、NOₓ、SO₂、颗粒物)与二次(在空气里形成:地面臭氧)区分开。
地面臭氧是一种污染物,但高处的臭氧层是保护性的——不要把它们搞混。
解释一个逆温如何把污染困在地面附近。
酸雨(来自 SO₂ 和 NOₓ)常常在很远的下风处落下,使它成为一个国际问题。
把控制方法与污染物联系起来(催化转化器、洗涤器、更清洁的燃料、排放法律)。

该知识点的互动课程

逐步完成，配合即时检查练习。

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