能源科學導論課件

能源的可持續(xù)發(fā)展能量與能源能量——宇宙間一切運動著的物體，都有能量的存在和轉化，人類一切活動都與能量及其使用緊密相關。所謂能量，也就是“產生某種效果（變化）的能力”。反過來說，產生某種效果（變化）必然要伴隨能量的消耗和轉換。

人類所認識的六種能量形式

機械能熱能電能輻射能化學能核能機械能包括固體和流體的動能、勢能、彈性能及表面張力能等。動能和勢能統(tǒng)稱為宏觀機械能——人類認識最早的能量。熱能構成物體的微觀分子運動的動能表現為熱能。它的宏觀表現是溫度的高低，反映了分子運動的強度。地球上最大的熱能資源應為地熱能。電能它和電子流動與積累有關，通常由電池中的化學能轉化而來，或通過發(fā)電機由機械能轉換得到。反之，電能也可以通過電動機轉化為機械能——電做功。在自然界中，還有雷電等電能。輻射能即物體以電磁波形式發(fā)射的能量。如太陽能，太陽是最大的輻射源?；瘜W能它是物質結構能的一種，即原子核外進行化學變化時放出的能量。按化學熱力學定義，物質或物系在化學反應過程中以熱能形式釋放的內能，稱為化學能。利用最普遍的化學能是燃燒碳和氫。核能它是蘊藏在原子核內部的物質結構能。釋放巨大核能的核反應有兩種：核裂變反應核聚變反應能源及能源的分類所謂能源，是指能夠直接或經過轉換而獲取某種能量的自然資源。自然資源：煤、石油、天然氣、太陽能、風能、水能、地熱能、核能等。為了便於運輸和使用，經上述資源加工可得到一些更符合使用要求的能量來源，如煤氣、電力、焦炭、蒸汽、沼氣、氫能等。能量及能源的分類由於可被人類利用的能源多種多樣，因此有以下6種不同的分類方法：按地球上的能量來源分按被利用的程度分按獲得的方法分按能否再生分按能源本身的性質分按對環(huán)境的污染情況分按地球上的能量來源分來自於地球本身，如核能、地熱能等；來自於球外天體，如宇宙射線及太陽能，以及由太陽引起的水能、風能、波浪能、海洋溫差能、生物質能、光合作用等；來自於地球和其他星體的相互作用，如潮汐能。按被利用的程度分常規(guī)能源，如煤炭、石油、天然氣、薪柴燃料、水能等；新能源，如太陽能、地熱能、潮汐能、生物質能等，另外還有核能。按獲得的方法分一次能源，即可供直接利用的能源，如煤、石油、天然氣、風能、水能等；二次能源，即由一次能源直接或間接轉換而來的能源，如電、蒸汽、焦炭、煤氣、氫等，它們使用方便，易於利用，是高品質的能源。按能否再生分可再生能源，即不會隨它本身的轉化或人類的利用而越來越少，如水能、風能、潮汐能、太陽能等；非再生能源，它隨人類的利用而越來越少，如石油、煤、天然氣、核燃料等。按能源本身的性質分含能體能源（燃料能源），如石油、煤、天然氣、地熱、氫等，它們可以直接儲存；過程性能源（非燃料能源），它們無法直接儲存，如風能、水能、海流、潮汐、波浪、火山爆發(fā)、雷電、電磁能和一般熱能等。按對環(huán)境的污染分清潔能源，即對環(huán)境無污染或污染很小的能源，如太陽能、水能、海洋能等；非清潔能源，即對環(huán)境污染較大的能源，如煤、石油等。能量的轉換

廣義地說，能量轉換應包含三項內容：能量的形態(tài)轉換，即通常所謂的能量轉換；能量的空間轉換，即能量的傳輸；能量的時間轉換，即能量的儲存。能量的轉換能源的評價能源多種多樣，各有優(yōu)缺點，為了正確選擇和使用能源，必須對各種能源進行正確的評價。能源的評價通常包括以下7個方面：儲量儲能的可能性與供能的連續(xù)性能流密度開發(fā)費用和利用能源的設備費用運輸費用與損耗品位問題污染問題能源更迭與社會發(fā)展人類利用能源的歷史，也就是人類認識和征服自然的歷史。

(1)火的發(fā)現和利用

(2)畜力、風力、水力等自然動力的利用

(3)化石燃料的開發(fā)和熱的利用

(4)電的發(fā)現及開發(fā)利用

(5)原子核能的發(fā)現及開發(fā)利用能源更迭與社會發(fā)展人類社會已經曆了三個能源時期：薪柴時期；煤炭時期；石油時期。薪柴時期主要以薪柴等生物質燃料為主要能源的時代，生產和生活水準極低，社會發(fā)展緩慢。煤炭時期18世紀，以煤炭取代薪柴作為主要能源，蒸汽機成為生產的主要動力，工業(yè)迅速發(fā)展，勞動生產力增長很大。19世紀，電力成為工礦企業(yè)的主要動力，成為生產和生活照明的主要來源。但這時的電力工業(yè)主要是依靠煤炭作為主要燃料。石油時期石油資源的發(fā)展，開始了能源利用的新時期。近30年來，世界上許多國家依靠石油和天然氣，創(chuàng)造了人類歷史上空前的物資文明。進入21世紀，核能將成為世界能源的主角，清潔能源的時代也將隨之到來。能源與國民經濟能源是發(fā)展社會生產和提高人民生活水準的重要物質基礎，是推動國民經濟發(fā)展的強大動力。世界能源消費結構的特點半個世紀來，世界煤炭消費比例一直呈下降的趨勢，70年代起石油已在世界能源消費中占第一位。水能和核能的利用，主要表現在水電及核電的比例上。電能是現代化所必須的高級二次能源。煤：34.86%水電：2.29%石油：33.7%天然氣：20.75%核能：6.54%生物能：11.8%

1850年能源總耗:500Mtoes1992年能源總耗:9350Mtoes1996年能源總耗:9502.1Mtoes世界能源消費構成世界能源消費結構的特點表示能源消費程度的指標有兩個：

絕對指標——稱年消費量，通常用萬t標準煤/

年表示。

相對指標——稱為人均能耗，用t標準煤/

（人·年）表示。國民經濟人均產值反映了一個國家的工業(yè)發(fā)展水準，通常認為人均產值達到1000美元/（人·年）時即達到小康水準。

1994年世界化石燃料探明可采儲量

世界煤炭探明可采儲量

經濟增長與能源消費

96年世界各國一次能消費量統(tǒng)計源

世界主要國家能源和經濟發(fā)展近況

化石燃料消耗遠景預測世界性能源問題能源的危機——石油的危機能源消費的費用迅速增加——能源資源的勘探、開採越來越難，投入資金多、建設週期長、科技含量高能源資源短缺能源對環(huán)境的污染我國的能源資源截止至1996年，已探明的煤炭可采儲量為1145億t，居世界第3位石油可采儲量為33億t，居世界第11位天然氣可采儲量為17萬億kW，居世界第19位水能居世界第1位，經濟可開發(fā)裝機容量為2.9億kW鈾儲量可供4000萬kW核電站運行30年我國的能源結構以煤為主

我國能源利用水準低下我國能源的消費（加圖3）我國能源生產在世界上的排位我國能源消費在世界上的排位我國耗能水準在世界上的排位我國的人均能耗單位國民生產總值能耗，我國是日本的5倍，德國的3.6倍，美國的2.6倍，比印度還要多1倍多。與美國相比，我國的人均能耗不及美國的1/12，而單位能耗的產值只有它的1/5，換言之，我們人均在能源資源的享受方面，只有美國的1/60。我國人均用能將不斷提高目前我國人均用能還處於相對低的水準，約1000kgce/人年，比起美國的人均用能11000kgce/人年，日本、德國、俄羅斯等國的5000-6000kgce/人年，尚有很大差距。我國人均用能將不斷提高隨著社會和技術的發(fā)展以及人們對生活水準不斷提高的企盼，人均用能肯定要不斷增加。按不同機構所作的預測，在2030-2050期間，我國人均用能將為2500-3000kgce/人年，這是不以人的主觀意志和行政命令為轉移的。我國能源工業(yè)面臨的問題人均能源擁有量低、儲備量低；能源生產和消費結構依然以煤為主；能源資源分佈不均勻；能源利用效率低；農村商品能源短缺；我國能源工業(yè)面臨的問題環(huán)境污染嚴重；人均能耗水準低；能源建設週期長，耗能多；能源價格未能反映其經濟成本和能源資源的稀缺性；能源工業(yè)裝備落後。以建材工業(yè)為例能源消耗大：耗標煤2.3億噸（占總能源消耗的15％以上）；資源消耗大：每年粘土燒磚6000億塊，毀損良田10萬畝；污染嚴重：排放CO2占總排放35％；技術落後、勞動生產率低：發(fā)達國家的1/10～1/15；產品品質與檔次不高：高標號水泥、優(yōu)質浮法玻璃以及深加工玻璃的比例偏低，高檔產品依賴進口。中國能源可持續(xù)發(fā)展的對策三個手段：加強政府的宏觀決策和行政管理運用市場機制的調節(jié)作用利用經濟增長的機遇解決我國能源問題，

應採取的措施1、努力改善能源結構；2、提高能源利用率；3、加速實施潔淨煤技術；4、合理利用石油和天然氣；5、加快電力發(fā)展速度；解決我國能源問題，

應採取的措施6、積極開發(fā)利用新能源；7、建立合理的農村能源結構，扭轉農村嚴嚴重缺能局面；8、改善城市民用能源結構，提高居民生活活質量；9、重視能源的環(huán)境保護。能量的轉換和儲存主要內容能量的基本性質能量轉換的主要燃料熱能的產生機械能的獲取電能的生產能量的儲存能量的基本性質能量的基本性質“量”的多少能量守恆與轉換定律“質”的高低能量貶值原理能量之間的轉換能量守恆與轉換定律自然界一切物體都具有能量，能量有各種不同形式，它能從一種形式轉化為另一種形式，從一個物體傳遞給另一個物體，在轉化和傳遞中能量的總量恒定不變。能量貶值原理

一個封閉系統(tǒng)中的任何自發(fā)性變化，都必然朝著能量貶值（熵增）的方向發(fā)展，而最後的平衡狀態(tài)，則對應於熵的最大可能值。熱力學第二定律克勞修斯說法：“不可能把熱量從低溫物體傳到高溫物體而不引起其他變化。”

開爾文說法：“不可能從單一熱源吸取熱量使之完全轉變成功而不產生其他影響?！钡诙愑绖訖C的例子以海洋為熱源，海洋共有6.88×1020t的海水，如果海水的溫度下降1℃，可放出2.88×1024KJ的熱量，約合9.8×1016t標準煤，相當於目前全世界每年能耗的10萬倍。能量轉換的主要燃料能量轉換的主要燃料燃料通常是指能夠通過燃燒過程而將化學能轉換為熱能的物質。所有化石燃料及由化石燃料加工而成的其他含能體；所有生物燃料以及由生物燃料加工而成的含能體。能量轉換過程及轉換設備或系統(tǒng)能源能源形態(tài)轉換過程轉換機械或系統(tǒng)石油、煤炭、天然氣等礦物燃料氫和酒精等二次能源化學能熱能化學能熱能機械能化學能熱能機械能電能化學能電能熱能化學能電能爐子、燃燒器各種熱力發(fā)動機熱機、發(fā)電機，磁流體發(fā)電，EGD發(fā)電（壓電效應）熱力發(fā)電，熱電子發(fā)電燃料電池能量轉換過程及轉換設備或系統(tǒng)能源能源形態(tài)轉換過程轉換機械或系統(tǒng)水力、風力、潮汐、海流、波浪太陽能機械能機械能機械能機械能電能光能熱能光能熱能機械能電能光能熱能電能光能電能光能化學能光能生物能電磁波電能水車、風車。水輪機——發(fā)電機，波力發(fā)電、風力發(fā)電、潮汐發(fā)電、海流發(fā)電熱水器，採暖、製冷、光化學反應，太陽灶太陽熱發(fā)動機太陽熱發(fā)電熱力發(fā)電，熱電子發(fā)電光電池、光化學電池光化學反應（水分解）光合成能量轉換過程及轉換設備或系統(tǒng)能源能源形態(tài)轉換過程轉換機械或系統(tǒng)核能核分裂熱能機械能電能核分裂熱能核分裂熱能電能核分裂電磁能電能核聚變熱能機械能電能電能光（鐳射）熱能電能熱能聚變核發(fā)電，磁流體發(fā)電核能煉鋼熱力發(fā)電，熱電子發(fā)電光電池核聚變發(fā)電熱能的產生熱能的產生燃料燃燒核能轉換太陽能轉換地熱電能轉換有關燃燒的知識燃料燃燒的必要條件燃燒所需的空氣量燃燒產生的煙氣量燃燒設備燃燒設備鍋爐工業(yè)爐窯化學能

熱能機械能的獲取機械能的獲取

熱機轉換熱機效率內燃機

——往復運動熱機燃氣輪機

——外燃式熱機蒸汽輪機

——將蒸汽熱能轉換為機械功的熱機燃燒室發(fā)電機燃料空氣廢氣電機轉換電能的生產電能的生產機電轉換電動機發(fā)電機熱電轉換磁流體發(fā)電熱電偶溫差發(fā)電熱電子發(fā)電電化學電池燃料電池

燃料電池是一種將氫和氧的化學能通過電極反應直接轉換成電能的裝置。用於電動自行車的金屬儲氫裝置光電轉換光伏效應能量的儲存能量的儲存在機械能、熱能、化學能、輻射能、核能等六種主要類型的能量中，除輻射能外，都能儲存在一些普通種類的能量形式中。主要指標 儲能密度儲存過程的能量損耗儲存裝置的經濟性儲能和取能的速率壽命（重複使用的次數）對環(huán)境的影響能量的儲存機械能儲存電能儲存熱能儲存機械能的儲存 機械能能以動能或勢能的形式儲存以動能儲存：旋轉飛輪以勢能儲存：彈簧、扭力桿、重力裝置、壓縮空氣儲能、抽水儲能壓縮空氣儲能壓縮空氣是工業(yè)中常用的氣源，除了吹灰、清砂外，還是風動工具和氣動控制系統(tǒng)的動力源。抽水儲能電站純抽水蓄能電站混合式抽水蓄能電站我國抽水蓄能電站開發(fā)現狀從上世紀80年代開始起步，到目前為止我國已在9個省、區(qū)、市建成11座抽水蓄能電站，裝機容量約為570萬kW，占全國裝機容量的1.8％。大型電站廣州電站，裝機容量240萬kW浙江天荒坪電站，裝機容量180萬kW北京十三陵電站，裝機容量80萬kW河北潘家口電站，裝機容量27萬kW中型電站江蘇浙江安徽湖北西藏將建電站山東泰安電站，裝機容量100萬kW浙江桐柏電站，裝機容量120萬kW山西西龍池電站，裝機容量120萬kW江蘇宜興電站，裝機容量100萬kW河北張河灣電站，裝機容量100萬kW安徽瑯琊山電站，裝機容量60萬kW電能的儲存以機械能的形式儲存以化學能的形式儲存於蓄電池中以電能的形式儲存在靜電場和感應電場中蓄電池利用電化學原理蓄電池蓄電池由正極、負極、電解液、隔膜和容器等5部分組成。靜電場電能可用靜電場的形式儲存在電容器中。在直流電路中，廣泛用作儲能裝置。在交流電路中，用於提高電力系統(tǒng)或負荷的功率因素。儲能電容器廣泛應用於高電壓技術、高能核子物理、鐳射技術、地震勘探等方面。感應電場電能還可以儲存在由電流通過電磁鐵這類大型感應器而建立的磁場中。利用感應電場儲存電能不常用，因為它需要一個電流流經繞組去保持感應磁場。熱能的儲存熱能儲存是把一個時期內暫時不需要的多餘熱量通過某種方式收集並儲存起來，等到需要時再提取使用。儲存時間隨時儲存，以小時或更短的時間為週期，隨時調整熱能供需之間的不平衡；短期儲存，以天或周為儲熱週期，維持一天（或一周）的熱能供需平衡；長期儲存，以季節(jié)或年為儲存週期，調節(jié)季節(jié)（或年）的熱量供需關係。熱能儲存方法顯熱儲存潛熱儲存化學能儲存地下含水層儲熱熱能潛熱儲存利用蓄熱材料發(fā)生相變而儲熱固體－液體相變蓄熱液體－汽體相變蓄熱（蒸汽蓄熱器）地下含水層儲熱解決採暖和空調的季節(jié)性負荷問題的重要途徑之一。利用地下巖層的空隙、裂隙、溶洞等儲水構造以及地下水在含水層中流速慢和水溫變化小的特點，用管井回灌的方法，把冬季大氣環(huán)境中太豐富的“冷”和夏季不要錢的“熱”儲存在含水層中，在冷、熱不是同時需要的場所實現供冷、供熱。地下含水層儲能含水層儲熱——夏灌冬用含水層儲冷——冬灌夏用必須具備灌得進、存得住、保溫好、抽得出等條件?；毓嗨矗旱乇硭?、地下水、工業(yè)排放水。用途廣泛用於紡織、化工、制藥、食品等工業(yè)部門，也用於影劇院和賓館等建築物的夏季降溫空調、冷卻和洗滌用水，冬季採暖及鍋爐房供水等。溫室效應——

人類面臨的嚴重挑戰(zhàn)全球環(huán)境狀況聯(lián)合國最新公佈的研究結果顯示，在過去30年中，雖然國際社會在環(huán)保領域取得了一定成績，但全球整體環(huán)境狀況持續(xù)惡化。國際社會普遍認為，貧困和過度消費導致人類無節(jié)制地開發(fā)和破壞自然資源，這是造成環(huán)境惡化的罪魁禍首。全球環(huán)境狀況世界經濟發(fā)展和人類賴以生存的環(huán)境是不協(xié)調的，經濟發(fā)展和人口增長給環(huán)境造成了巨大的壓力，對發(fā)展中國家這種情況尤為突出。全球環(huán)境狀況全球環(huán)境惡化主要表現在大氣和江海污染加劇、大面積土地退化、森林面積急劇減少、淡水資源日益短缺、大氣層臭氧空洞擴大、生物多樣化受到威脅等多方面，同時溫室氣體的過量排放導致全球氣候變暖，使自然災害發(fā)生的頻率和烈度大幅增加。算一算地球一天的污染帳地球上城市居民約有70%（15億人）呼吸受污染的空氣，每天至少有800人因此過早死亡。每天有1.5萬人死於飲用污染的水，其中大部分是兒童。工業(yè)、各種噴霧罐、冰箱、空調機等每天把1500多噸氯氟烴排入大氣層，它們是造成臭氧層空洞的罪魁禍首。算一算地球一天的污染帳每天進入大氣層的二氧化碳為5600萬噸，“溫室效應”與此有關。每天有5.5萬公頃森林被毀，161

平方公里土地荒漠化。每天有14萬輛新汽車駛上公路，各國400多座核電站產生26噸核廢料，還有1.2萬桶石油瀉入海洋。

1999年的臭氧空洞是有史以來觀測到的最大一次，達到2600萬平方公里的面積。天空正在塌陷全球正在變暖海平面上升與陸地淹沒；

氣候帶的移動；

颶風的加??；

植被的遷徙與物種滅絕；

洋流的變化與厄爾尼諾；

雨型的改變；地球森林覆蓋量正在減少大氣環(huán)境的三大問題80年代中期在南極上空發(fā)現了臭氧空洞，它與地球變暖及所謂溫室效應和酸雨沉降問題構成全球性大氣環(huán)境問題，明顯地危及全人類的生存和繁衍，引起了國際社會的高度關注，使當今的世界環(huán)境問題具有明顯的時代特徵。大氣環(huán)境的三大問題聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署日前發(fā)佈的《全球環(huán)境展望》報告指出，消除貧困、發(fā)達國家改變消費方式、加強環(huán)境管理、增加環(huán)保投資以及減免發(fā)展中國家的債務是遏制全球環(huán)境惡化趨勢的先決條件。我國的環(huán)境現狀世界十大嚴重污染城市中國占：個7嚴重局面!因二氧化硫排放每年經濟損失1126億元(世界銀行統(tǒng)計超過5000億元)占全國排放比例：燃煤污染物SO2－85%CO2－85%NOx－60%粉塵－70%汙染現狀1998年我國大氣環(huán)境品質狀況1998年，在全國322個環(huán)境統(tǒng)計的城市中,空氣品質達到國家二級標準的占27.6%；處於國家三級標準的占28.9%；超過國家三級標準屬於嚴重污染型城市的占43.5%。在國內47個重點城市中，空氣污染最為嚴重的十大城市，依次為太原、北京、烏魯木齊、蘭州、重慶、濟南、石家莊、青島、廣州、瀋陽。1998年我國大氣環(huán)境品質狀況據1998年國際衛(wèi)生組織公佈的一項報告表明，全球空氣污染嚴重的城市依此是：太原、米蘭、北京、烏魯木齊、墨西哥城、蘭州、重慶、濟南、石家莊、德黑蘭。十個污染嚴重的城市中我國占了7個，北京名列第三，蘭州名列第六。2000年我國大氣環(huán)境品質狀況2000年統(tǒng)計的338個城市中，36.5%的城市達到國家空氣品質二級標準，63.5%的城市超過國家空氣品質二級標準，其中超過三級標準的有112個城市，占監(jiān)測城市的33.1%。城市空氣品質總體上比1998年度好轉，達標城市比例上升，超過三級的城市比例下降。2000年我國大氣環(huán)境品質狀況47個環(huán)境保護重點城市中，27個城市空氣品質達到國家二級標準，7個城市空氣品質為三級，13個城市空氣品質超過三級標準。

2000年與1995年

廢氣中主要污染物排放狀況對比單位（萬噸）

2002年我國大氣環(huán)境品質狀況2002年，全國471個城市中，有209個城市環(huán)境空氣品質達到國家二級標準，占統(tǒng)計城市的44.37%，比2001年的33.43%增加11個百分點；比1998年的27.64%增加了16.7個百分點。2002年地級以上城市達到二級標準的占32.8%，比2001年的33.4%，略有下降。2002年我國大氣環(huán)境品質狀況2002年城市空氣中二氧化硫平均濃度比2001年降低9.6%，比1998年降低了17.5%；2002年總懸浮顆粒物濃度比2001年和1998年分別下降了6.6%和10.5%。2002年我國大氣環(huán)境品質狀況城市空氣品質惡化的趨勢得到遏制，但空氣污染程度仍然嚴重，尤其是人口超過百萬的特大城市污染較為嚴重。顆粒物是影響城市空氣品質的首要污染物，53.5%的城市顆粒物濃度未達到國家二級標準。一九九八~二零零二年城市空氣品質狀況

城市空氣品質達標情況對比

城市空氣中主要污染物濃度變化趨勢

重點城市空氣品質達標情況2002年全國47個環(huán)境保護重點城市中，有17個城市空氣品質達到國家二級標準，比1998年的12個城市增加5個，比2000年的27個減少了10個；2002年劣三級的城市有11個，比1998年的20個減少了9個，比2000年的13個減少了2個。

大氣SO2濃度最高的城市狀況

中日兩國部分城市SO2濃度比較1998年全國降水PH等值線圖年萬噸SO2我國SO2可能排放情況的預測我們的地球 地球已有45億年的歷史。 在其形成初期，地球被氫氣層包裹著，隨後氫氣消散，氣層充滿氦氣和二氧化碳等氣體，非常類似於今天觀測到的金星大氣和火星大氣。我們的地球大約38億年前，藻類及以後進化出現的各種植物，通過光合作用，逐漸改變了大氣成分，使大氣中的二氧化碳氣體降低到目的濃度，約占大氣總含量的0.03％左右，而氧氣則增加到20％左右。地球環(huán)境才逐漸變得適合生命的產生和生存。我們的地球

太陽系中，在已知的其他行星上還未發(fā)現生命的存在，地球是唯一的。我們的地球大約50億年前，當金星逃離太陽的時候，它與地球的大小和組成基本相同。今天，地球是一個藍色的海洋世界，並具有富含氧氣的大氣層和豐富的生命物資，而金星卻是一個無生命的世界，十分乾燥的巖石被濃密的酸雨雲籠罩著，表面熱得足以將鉛融化。這是由於金星被二氧化碳所籠罩。我們的地球最近幾十年來，地球日益變暖。地球為什麼會變暖？這是由於人類大量使用能源而放出的熱量使地球變暖的嗎？我們的地球人類一年使用的全部能源＝80億t石油＝331016kJ如果把這些熱量全部用於加熱海洋，僅僅可以使海水溫度上升610-5℃，即加熱一萬年，海水溫度也只上升到1℃。地球變暖的原因到底是什麼？人類使用能源一天所放出的熱量＝0.11016kJ；地球一天從太陽獲得的熱量＝15001016kJ.地球變暖的原因到底是什麼？太陽射向地球的光約1/3被雲層、冰粒和空氣分子反射回去；約25％穿過大氣層時暫時被大氣吸收起到增溫作用，但以後又返回到太空；其餘的大約37％則被地球表面吸收。這些被吸收的太陽輻射能大部分在晚間又重新發(fā)射到天空。地球變暖的原因到底是什麼？如果這部分熱量遇到了阻礙，不能全部被反射出去，地球表面的溫度就會增加。單原子氣體和空氣、氫氣、氧氣、氮氣等分子結構對稱的雙原子氣體實際上並無發(fā)射和吸收輻射能的能力。它們可以看作是熱輻射的透明體。二氧化碳、水蒸汽、二氧化硫、甲烷、氟利昂（製冷劑）等三原子和多原子氣體則有相當的輻射和吸收能力。氣體對包括太陽的各種熱輻射的特性上述氣體的輻射和吸收具有明顯的選擇性，即它們對某些波長段有吸收和輻射能力，對該波長段以外的則不吸收。（見圖1－某些氣體的吸收波段）氣體對包括太陽的各種熱輻射的特性圖1某些氣體的吸收波段氣體對包括太陽的各種熱輻射的特性 太陽表面溫度約為6000K，輻射的最強波段為可見光部分，地球表面溫度為288K，地表輻射波段為紅外部分。從太陽發(fā)射出來的可見光（短波輻射）被地球吸收並變成低溫後，向宇宙空間發(fā)射的是長波的紅外線。CO2不吸收短波，只吸收長波，於是，地球表面吸收的太陽輻射就散不出去，從而使地表溫度升高，地球變暖。象CO2這類會使地球變暖的氣體就稱為溫室氣體（包括水蒸汽、SO2、甲烷、氟利昂等）。氣體對包括太陽的各種熱輻射的特性溫室效應溫室效應溫室氣體的來源

主要溫室氣體含量與來源結論由於人類大量使用化石燃料，其排放出的CO2等溫室氣體對輻射的選擇性和吸收特性是使地球變暖的主要原因。全球氣候變化工業(yè)化時代開始以來，僅僅約200年的時間，人類的活動已使上層大氣發(fā)生變化。全球氣候變化在過去的一個世紀裏，由於燃燒化石燃料（石油、天然氣、煤）和砍伐森林，CO2含量已經增加了25％；大氣中N2O也增加了1/3，它主要來自化石燃料的燃燒以及肥料脫氮和破壞森林所釋放的污染物質；全球氣候變化甲烷在上層大氣中的含量也已增加了1倍，這主要由於油氣井的噴發(fā)，而森林和原野轉變成牧場和耕地，以及海洋捕撈活動中產生的有機廢棄物腐爛也起著作用。全球氣候變化20世紀要比19世紀的溫度平均高1℃。

溫度升高1℃，就必然會加熱大量的海水和空氣。從最近一次冰河期到現在，經過18000年地球才升高9℉（5℃），大約每千年平均升高半度。地球過去升溫最快的時候也只是每千年3.6℉（2℃）。全球氣候變化

但近代，僅在一個世紀裏就升高1℃，實際上是加快了升溫的速度，比平均數快了20倍。全球氣候變化

地球變暖實際上是一種典型的全球性問題。全球變暖既可能帶來對人類有利的影響，也可能帶來不利的後果。全球氣候變化目前，人們還無法定量地確定出全球變暖的前景及其影響，但地球氣候變暖帶來的南、北極冰山融化，海平面升高，全世界最發(fā)達的沿海陸地的淹沒所造成的災害性的後果，將是無可置疑的。此外海平面升高還會使鹽水向河流倒灌，侵蝕河流使土地鹽鹼化。海平面升高

Globalairtemperature

一百年間的海平面水位變化

海平面上升可能受到影響的地域圖4一百年間的海平面水位變化圖5海平面上升可能受到影響的地域全球氣候變化

全球CO2濃度變化及全球氣候變化的預測是一個很複雜的問題，是全世界各國科學家研究的重點課題。圖6全球氣候變化的計算流程圖全球氣候變化

目前至少已有幾十個研究報告給出了這方面的結果。經管不同模式的計算結果不盡相同，但CO2濃度倍增會導致全球氣候的變暖這個趨勢還是一致的。CO2與全球變暖預測結果

10年內，全球表面平均氣溫將上升

0.3K（0.2～0.5K），海平面將上升

6cm（3～10cm）。一旦CO2濃度增加到2倍，全球表面平均氣溫將上升1.5～4.5℃。

各國CO2的排放預測氣候變化對環(huán)境的影響地球表面變暖，在遠離赤道的地方變化最顯著。雖然某些地區(qū)由於蒸發(fā)迅速和風型改變會變得更乾燥，但全球降雨量增加。沿海岸的亞熱帶出現更潮濕的季風。在高海拔和高緯度地區(qū)更頻繁地出現更大的風雪。在內地，大陸中部地區(qū)出現較早的雪融和潮濕的春季，夏季漫長且來得早，乾旱更加頻繁。氣候變化對環(huán)境的影響在高緯度地區(qū)，農業(yè)條件會更好些。由於海水的邊界向北移動，因此海洋冰量減少。沿海海平面每世紀上升幾英尺。颶風更頻繁、更強大，並向高緯度地區(qū)擴展。森林火災更頻繁、更嚴重。大量物種迅速滅絕。由於氣候的原因，人口死亡率增加。全球的碳迴圈碳迴圈碳是一切有機物的最重要和最主要的成分之一。地球上碳的主要賦存場所是大氣、土壤、生物體、海水、化石燃料（石油、天然氣、煤等），CO2是上述各個碳庫之間進行碳的輸送和迴圈的主要形式。碳迴圈

作為生物主體的耗氧生物，通過呼吸作用將食物中的碳變成CO2

呼出體外，進入大氣，而生物就以這種方式獲得生命活動所需的能量。碳迴圈生物死亡後，體內的一部分碳被微生物分解，仍以CO2的形式進入大氣、土壤和海水，另一部分則保存下來，經過複雜的地質過程變成化石燃料。化石燃料的一部分被人類發(fā)掘利用，氧化、燃燒後生成CO2又進入大氣。如此往復，形成全球的碳迴圈。碳迴圈自然界每年的碳迴圈數量是相當可觀的，約占大氣總碳量的1/4，其中的一半是與陸地生物群落交換，另一半則通過物理和化學過程穿過海洋表面。碳迴圈陸地和海洋含碳量遠大於大氣中的含碳量，它們很小的變化就會對大氣中CO2濃度產生很大影響。例如，存儲於海洋中的碳只要釋放2％，就將使大氣中的CO2含量增加1倍。碳迴圈森林是地球上最大的陸地生態(tài)系統(tǒng)，是全球碳迴圈的重要組成部分。全球森林植被和土壤中儲存的碳，低緯度森林占37％，中緯度森林占14％，高緯度森林占49％。碳迴圈

人類活動對陸地碳迴圈有很大的影響。海洋占地球表面積約71％，是一個巨大的碳存儲庫，每年有20～30億t碳以CO2的形式進入海洋。人類活動造成的碳流向