爱华网大气污染
大气圈包围在地球之外，它是由空气、少量水气、粉尘和其他微量杂质组成的混合物。空气的主要成分按体积比是氮为78.09％，氧为 20.95％，氩为 0.93％，CO2为0.03％。此外还有稀有气体氦、氖、氪、氙和甲烷、氮的氧化物、硫的氧化物、氨、臭氧等共占0.1％。
大气中的水气主要来自水体、土壤和植物中水分的蒸发，大部分集中在低层大气中，其含量随地区、季节和气象等因素而异。水气是天气现象和大气化学污染现象中的重要角色。大气中的固体悬浮粒主要来自工业烟尘、火山喷尘和海浪飞逸带出的盐质等。
人类生活在大气圈中，依靠空气中的氧气而生存。氧气被吸进肺细胞后穿过细胞壁与血液中的血红蛋白结合，由血液将氧输送到全身，与身体中营养成分作用而释放出人体活动必需的能量。一般成年人每天需要呼吸约 10～12m3的空气，它相当于一天进食量的10倍、饮水量的3倍。人可几周不进食，几天不喝水，但断绝空气几分钟生命就难以维持，这充分表明空气对维持生命的重要性，而清洁的空气则是人类健康的重要保证。
但大气中总是含有一些对人体有害的物质，如CO，NOx，SO2等，它们被视作大气污染物，现在能监测到的污染物近百种，如表4－1所示。
燃料的燃烧是造成大气污染的主要原因。人类生活和工业、科学技术的现代化，使燃料用量大幅度上升，从而造成大气的污染日趋严重。随着交通运输业的发展，大都市中大量汽车的排气也对环境造成了严重污染。另外，大气中还有来自工业生产的其他污染物，石油工业和化学工业大规模地发展也增加了空气中污染物的种类和数量。在农业方面，由于各种农药的喷洒而造成的大气污染也是不可忽视的问题。
大气污染对建筑、树木、道路、桥梁和工业设备等都有极大危害。对人体健康的危害也日益明显，更大的威胁是通过呼吸道疾病削弱人的体质，会进一步引起心脏及其他器官的机能障碍而导致疾病甚至死亡。下面就某些公认的综合性大气污染现象，介绍其污染源和对人类的危害。
1 汽车尾气污染
汽车是近代重要的交通运输工具，随着汽车数量的激增，汽车尾气造成的环境污染也日益严重。汽车尾气中的有害成分主要有CO，NOX，SO2，HC，颗粒物和臭氧等。
CO是汽油燃烧不完全的产物，其数量占尾气成分的首位。化石燃料的不完全燃烧和高温下存在的 2CO＋O2 2CO2的平衡，使得CO存在于所有实际燃烧器的尾气之中。CO无色、无臭、无味，当被吸入人体后，极易与血红蛋白结合，（其亲合力比O2约大200～300倍），使血红蛋白失去携氧能力（详见第12章）。CO浓度低时会使人慢性中毒，浓度高时则会导致窒息死亡。
氮的氧化物种类很多，但在大气中有危害作用的，主要是NO和NO2，习惯上将这两种化合物以NOX表示，称为总氮氧化物。NOX是在气缸点火的高温瞬间由空气中的氮与氧化合而成的。NOX对人体也有危害，它进入人体后，开始是刺激呼吸器官，然后逐渐侵入肺部，与细胞液中水分结合成亚硝酸和硝酸后产生强烈的刺激与腐蚀作用，引起肺水肿。NO2的毒性高于NO，NO2气体呈红棕色，有特殊刺激臭味。NO2既有害于人体健康，还会腐蚀建筑物，并能导致形成酸雨和光化学烟雾，被列为大气中的重要污染物。
大气中的烃类污染物的定义并不严格，它是指各种烃类及其衍生物，品种极多，一般以HC表示（此处HC主要是指油箱及化油器的逸散和滴漏的燃料油和部分因燃烧不完全而生成的烃类及其各种衍生物）。汽车尾气排放的未经燃烧的汽油和燃烧不完全而产生的多种烃类衍生物成分极其复杂，其中有饱和烃、不饱和烃、芳香烃以及这些烃类的含氧衍生物（如醛、酮等），不仅成分种类多，且组成变化也大。烃类污染物对自然界的危害，主要是破坏了生态系统的正常循环，还是诱发产生光化学烟雾的成分。
直径大于10μm（1μm=10-6m）的颗粒，能依靠其自身重力作用降落到地面，称为降尘。它们在空气中停留时间短，不易被人吸入，故危害不大。直径小于10μm的颗粒，在空气中可较长时间飘游，称为飘尘。对人体健康危险性最大的是0.5～5μm的颗粒，这种飘尘可直接到达肺细胞而沉积在肺中，并可进入血液，导致呼吸道疾病，它们还可能和SO2，NO2等产生联合作用，损害粘膜、肺细胞，引起支气管和肺部炎症，部分病人最后会导致肺心病。
汽车尾气中的颗粒物包括铅化合物、碳颗粒和油雾等。铅是大气的重金属污染物中毒性较大的一种，铅尘来自于汽油的抗爆添加剂，这是一种含铅的有机化合物四乙基铅[（C2H5）4Pb]。四乙基铅的毒性比无机铅化合物约大百倍，且铅尘随行车和风力扩散。它是引起急性精神性病症的剧毒物质，它可以在人体中不断积累，当血液中铅含量超过0.1mg时，可造成贫血等中毒症状。现已使用无铅汽油。
碳颗粒是燃料燃烧不完全的产物，而油雾通常是由于油箱及化油器的逸漏而造成的。
硫的氧化物是由燃料所含的硫经燃烧而形成的。低浓度的SO22（10μg·g-1）的危害主要是刺激上呼吸道，浓度较高（100μg·g-1以上）时会引起深部组织障碍，浓度更高（ 400μg·g-1以上）时会致人呼吸困难和死亡。特别是大气尘粒与SO2的协同作用对人体健康的危害就更大。
2 光化学烟雾污染
大气中的HC和NOX等为一次污染物，在太阳光中紫外线照射下能发生化学反应，衍生种种二次污染物。由一次污染物和二次污染物的混合物（气体和颗粒物）所形成的烟雾污染现象，称为光化学烟雾。NOX是这种烟雾的主要成分，又因其1946年首次出现在美国洛杉矶，因此又叫洛杉矶型烟雾，以区别于煤烟烟雾（伦敦型烟雾）。
这种洛杉矶型烟雾是由汽车的尾气所引起，而日光在其中起了重要作用：
2NO（g）＋O2（g）→2NO2（g）
O（g）＋O2（g）→O3（g）
NO2光分解成NO和氧原子时，光化学烟雾的循环就开始了。原子氧会和氧分子反应生成臭氧（O3），O3是一种强氧化剂，O3与烃类发生一系列复杂的化学反应，其产物中有烟雾和刺激眼睛的物质，如醛类、酮类等物质。在此过程中，NO2还会形成另一类刺激性强烈的物质如PAN（硝酸过氧化乙酰）。另外，烃类中一些挥发性小的氧化物会凝结成气溶胶液滴而降低能见度。下列化学方程式表示光化学烟雾的主要成分和产物。
汽车排气+阳光+O2（g）
CO，NO，烃提供能量
→Ox（g）+NOx（g）+CO2（g）+H2O（g）+有机化合物，氧化剂，刺激剂
总之， NO， HC的氧化，NO2的分解，O3和PAN等的生成，是光化学烟雾形成过程的基本化学特征，其反应机理极为复杂，至今还在研究之中。它对大气造成的严重污染不能轻视。O3， PAN，醛类对动植物和建筑物伤害很大，对人和动物的伤害主要是刺激眼睛和粘膜，及气管、肺等器官，引起眼红流泪、头痛、气喘咳嗽等症状，严重者也有死亡的危险。O3，PAN等还能造成橡胶制品老化、脆裂，使染料褪色并损坏油漆涂料，纺织纤维和塑料制品等等。
在发生光化学烟雾时，大气中各种污染物的浓度比晴朗天气要增大五六倍（见下表），能见度晴天为11.2km，而烟雾天只有1.6km。
显然，要对石油、氮肥、硝酸等化工厂的排废严加管理，严禁飞机在航行途中排放燃料等，以减少氮氧化物和烃的排放。现在已研制开发成功的催化转化器，就是一种与排气管相连的反应器，它使排放的废气和外界空气通过催化剂处理后，氮的氧化物转化成无毒的N2，烃可转化成CO2和H2O。
3 酸雨的形成
大气中的化学物质随降雨到达地面后会对地表的物质平衡产生各种影响。降雨的酸化程度通常用pH值表示，pH值就是氢离子浓度的负对数，即pH=－lg[H+]。正常雨水偏酸性，pH值约为6～7，这是由于大气中的CO2溶于雨水中，形成部分电离的碳酸：
CO2(g)+H2O—— H2CO3 ——H++HCO3-
而水的微弱酸性可使土壤的养分溶解，供生物吸收，这是有利于人类环境的。酸雨通常是指pH小于5.6的降水，是大气污染现象之一。首先用酸雨这个名词的人是英国化学家史密斯。1852年，他发现在工业化城市曼彻斯特上空的烟尘污染与雨水的酸性有一定关系，报导过该地区的雨水呈酸性，并于1872年编著的科学著作中首先采用了“酸雨”这一术语。
酸雨的形成是一个复杂的大气化学和大气物理过程，主要是由废气中的SOx和NOx造成的。汽油和柴油都有含硫化合物，燃烧时排放出SO2，金属硫化物矿在冶炼过程也要释放出大量SO2。这些SO2通过气相或液相的氧化反应产生硫酸，其化学反应过程可表示为：
大气中的烟尘、O3等都是反应的催化剂，O3还是氧化剂。
燃烧过程产生的NO和空气中的O2化合为NO2，NO2遇水则生成硝酸和亚硝酸，其反应过程可表示为：
2NO＋O2→2NO2
2NO2＋H2O→HNO+HNO2
酸雨对环境有多方面的危害：使水域和土壤酸化，损害农作物和林木生长，危害渔业生产（pH值小于4.8时，鱼类就会消失）；腐蚀建筑物、工厂设备和文化古迹也危害人类键康。因此酸雨会破坏生态平衡，造成很大经济损失。此外，酸雨可随风飘移而降落到几千里外，导致大范围的公害。因此，酸雨已被公认为全球性的重大环境问题之一。
4 二氧化碳及其温室效应
燃料在燃烧过程一定会产生CO2和H2O，产生的CO2可溶解在雨水、江河、湖泊和海洋里，也可以被植物吸收进行光合作用等。产生的和去除的CO2之间达到平衡，使大气中CO2的浓度保持在一定范围内。
地球大气层中的CO2和水蒸气等允许部分太阳辐射（短波辐射）透过并到达地面，使地球表面温度升高；同时，大气又能吸收太阳和地球表面发出的长波辐射，仅让很少的一部分热辐射散失到宇宙空间。由于大气吸收的辐射热量多于散失的，最终导致地球保持相对稳定的气温，这种现象称为温室效应。温室效应是地球上生命赖以生存的必要条件（即保护作用）。但是由于人口激增、人类活动频繁，化石燃料的燃烧量猛增，加上森林面积因滥砍滥伐而急剧减少，导致了大气中CO2和各种气体微粒含量不断增加，致使CO2吸收及反射回地面的长波辐射能增多，引起地球表面气温上升，造成了温室效应加剧，气候变暖。
因此CO2量的增加，被认为是大气污染物对全球气候产生影响的主要原因。但是温室气体并非只有CO2，还有H2O，CH4，CFC（氟氯烃，几种氟氯代甲烷及乙烷的总称，商品名氟里昂）等。研究温室气体对全球变暖的影响时，主要考虑以下三个因素。第一，在大气中的浓度。大气中多原子分子浓度最大的是CO2，它是主要的温室气体，浓度年增长率为0.5％。第二，增长趋势。
虽然H2O的平均浓度在温室气体中居第二位，但是浓度增长不明显，则对温室效应的增强影响不大，所以人们谈论全球变暖时，都未提到H2O。在温室气体中浓度占第三位的CH4年增长0.9％，浓度占第四位的N2O年增长0.25％，原来大气中并不存在的CFC浓度的年增长率高达4.0％。第三，各种分子吸收红外辐射的能力。如CFC分子吸收红外辐射的能力是CO2分子的几千万倍。因此，要防止全球变暖，应从控制温室气体的排放入手。
温室效应的加剧导致全球变暖，会对气候、生态环境及人类健康等多方面带来影响。
地球表面温度升高会使更多的冰雪融化，反射回宇宙的阳光减少，极地更加变暖，海平面慢慢上升，降雨量也会增加。降水量的增加会使草原以及对水敏感的物种出现变化，很多植物将会在与以往不同时期内播种、开花与结果；植物的生长周期会缩短，甚至使植物品种打乱；变暖、变湿的气候条件会促进病菌、霉菌和有毒物质的生长，导致食物受污染或变质。因此，气候变暖将引起全球疾病的流行，严重威胁人类健康。
为减缓温室效应的加剧，既要设法减少矿物燃料的使用量，开发新能源，又要禁止砍伐森林，特别是要有效地控制人口的增长。
5 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：
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Cl原子，Cl原子则可引发破坏O3循环的反应：
Cl+O3→ClO+O2
ClO+O→Cl+O2
由第一个反应消耗掉的Cl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Cl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Cl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Cl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。在氮肥的生产中会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+O2
N2+O2→2NO
NO+O3→NO2+O2
NO2+O→NO+O2
O3+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 1.3％，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。
