为了与本书中序列一致，现将原第八章更改为第十四章，以此类推。 第十四章大气圈中的问题
对于我们大多数人来说，至今仍然很难理解这一事实，即人类能严重损 害大气圈生命维持系统。虽然大气圈是物理能和生物能转换的基地，但历来 在确定资源规划时却往往忽视了这一点。原因很简单，因为我们在经济地获 求食物、能源和材料时，往往忽视了空气的重要维持作用。我们继续漫不经 心地利用大气圈来处置物理性污染物和废热，似乎完全忘记了它们对人类健 康的影响和将引起的气候和天气的变化。对于大气圈的易毁坏性和再循环能 力也同样漠不关心，从而使大气圈成了一个主要的纳污库。
本章第一节拟介绍大气圈的组成和空气中人为污染物的主要来源。第二 和第三节介绍各种类型的全球性和地区性污染。第四节讨论历史上和现代全 球性气候的变化以及它们与目前空气污染的关系。最后两节评价空气污染造 成的损失和和在控制空气质量方面的费劲的、缓慢的进展。
空气污染的特性
未受污染的地球大气圈的组成（按体积计）是：78%稳态氮（N2），21
%氧（O2），不到 1%的氩和其它惰性气体，略高于 0.03%（325ppm）的二氧化碳（CO2），0.01～0.05ppm 的臭氧（O3），少量而且数量不时变化的一氧化碳（CO）和甲烷（CH4）等生物活性物质。CO 和 CH4 的本底浓度一般分别为 0.1 和 1.4ppm。水蒸汽的数量也经常有很大变化。某些生物化学活性物质， 特别是 CO2，对生命是十分重要的。但是，活性物质、即使是那些重要活性 物质的蓄积，最后也会引起环境变化。所以，我们必须注意它们对生命的直 接影响和对生命维持系统的间接影响。
在大自然中，总是经常不断地产生不需要的大气圈组分和废物，但是， 其产生速度能被整个环境的再循环能力所抵消。一些主要污染物目前在特定 地区的浓度和尘埃及 CO2 在全球范围的逐渐蓄积，是人类活动破坏了平衡而 使之稍稍超出了生态圈再生能力的结果。纠正这种情况的办法显然在于：停 止污染，使自然界重归正常。但是，鉴于从经济和人口统计学等因素考虑，在目前的这样一种人类价值系统中，很难采用上述简单的解决办法，而必须 寻求更为复杂的解决办法。
一次污染物和二次污染物
为方便起见，可把污染分成两大类：一次污染物的污染和二次污染物的 污染。一次污染物是指从可辨认的污染源直接释放的物质。二次污染物是指 一次污染物受热和阳光的作用或和大气中的其它化学物质反应而形成的物 质。例如，二氧化硫和水蒸汽反应生成硫酸；在这个过程中，一次污染物和 非污染性物质结合生成二次污染物。在大气圈中有几百种这类化学反应，它 们可以把一次污染物转变成二次污染物。这些二次污染物通常能按其化学形式进行分类，例如，硫的化合物，氮的化合物和碳氢化合物。在许多这类反 应中，氧的加入改变了一次污染物的性质。为进一步的反应供应氧气的化合 物通常被称作氧化剂。化学变化也受阳光影响，所以有光化学反应和光化学 烟雾之称。例如，臭氧（这是一种最普通的氧化剂）在阳光下与碳氢化合物 和氮氧化物反应生成二次污染物过氧乙酰基硝酸酯（PAN）。PAN 是一种较强 的刺激物。在这一例子中，三种活性物质结合，生成一种对环境的破坏作用 比任何一次污染物都大的活性更强的产物。
产生二次污染的过程并不都是有害的。生态圈能够对污染物进行再处理 而使之成为无害或甚至是有益的物质。生态圈的这种能力实际上是化学变化 的继续。
人为污染源
人为空气污染由三个主要过程所引起：摩擦、蒸发和燃烧。摩擦是指外 来物质通过摩擦而进入到空气中，例如从汽车轮胎上磨落的炭黑，从制动器 内衬磨落的石棉，爆破、研磨和切削等工业活动也属于这一范畴。但是，最 重要的过程或许是高吹尘。由于人类的农业和采矿活动，高吹尘问题已变得 愈来愈重要。蒸发是指液体变为气体并扩散进入大气圈的过程。不妥当的储 存和加工以及低效的能源转换技术，是造成这类污染的主要原因。例如，未 燃烧或未完全燃烧的汽油可迅速地蒸发，向空气中释放碳氢化合物。燃烧过 程既产生气态杂质也产生固态杂质。燃烧有多种多样，但在美国，汽车的内 燃机燃烧显然是最大的问题。事实上，大气中大致有一半的污染物是由汽车 产生的。
全球污染程度
我们对全球污染的构成和水平的了解是很不完整的，但就我们所知的事 实已足以表明，大气质量的恶化已成为一个世界性的问题。对污染物含量和 变化情况的估计主要来自监测网的资料，也根据对反映污染变化的大量间接 指标的研究，还有根据监测区的资料推论出的非监测区的数据。
主要污染物
现将主要的空气污染物及其它们对大气圈生命维持系统的危害简介如 下。
一氧化碳从形式上看，一氧化碳（CO）是一种无色、无嗅、无味的气体。 它因有机物和矿物燃料不完全燃烧而产生。大气中一氧化碳的正常本底浓度 的 0.025～1ppm 之间。但是，在典型的美国城市中，现其浓度却达到了 10～50ppm。大气中 95%的 CO 是由北半球放出的，其中至少有 65%来自汽油燃烧。 一氧化碳对人类的直接影响是使人头晕、视力模糊以及时感异常，这些对司 机肯定是有害的。目前，对一氧化碳的长期影响几乎还一无所知。全世界每 年排放的一氧化碳量约为 2.8 亿吨。
硫氧化物在这类污染物中，主要的污染物是二氧化硫（SO2）。这也是一种无色气体。当它的浓度超过 0.3ppm 时，人就可以嗅到。因燃烧矿物燃料 而产生的二氧化硫，约有 5%和氧结合生成了三氧化硫（SO3），三氧化硫再 和水蒸汽结合生成亚硫酸（H2SO3）。若水蒸汽的量再增加则生成腐蚀性更强 的硫酸（H2SO4）。这两种酸对植物、纤维、金属、漆具甚至石料都有很大危 害；花和其它娇嫩植物在 1ppmSO2 浓度下，即仅比能对人体造成刺激的最低 浓度高 0.25ppm，暴露 1 小时，就会受到损害。人在大约 5ppm 的 SO2 浓度下， 呆一小时，会对喉和肺组织产生重大刺激，同时还出现支气管收缩。在 0.08～0.10ppm 的浓度下不管呆多长时间，对健康都不利。
颗粒物和别的主要污染物不同，颗粒物不是一类化学物质。它指的是通 过某些气体或大气媒介（烟、雨、工业烟气等）而排入周围空气中的各种颗 粒。最经常提到的颗粒物有飞灰、煤尘、杀虫剂粉末、冶金烟尘和油烟。它 们并非都是“大的黑色浮粒”，其中有许多小于 0.1 毫米，而大多数则还要 小得多。对于颗粒物已订有一个一般性的排放标准，但实际上很难执行。而 且，由于各种颗粒物的化学性质相差甚大，因而这种标准实际上没有用处。
1970 年，全世界排放的颗粒物总量达到 1.1 亿吨。
碳氢化合物像碳一类化合物一样，通常碳氢化合物至少可分成六类：链 烷烃、链烯烃、炔烃、苯、萘和蒽。它们的化学活性差别很大，其中链烷烃（包括甲烷）是活性最差的。人类活动，主要是汽油和石油的燃烧所产生的 烃，只占大气中碳氢化物的大约 15%；但这 15%却包括了能和阳光反应产生 光化学污染的几乎所有的化合物。3ppm 的活性碳氢化合物能导致 0.1ppm 的 光化学氧化剂的生成，包括碳氢化物和氮的衍生物在内的一类污染物。在
1970 年，全世界高活性碳氢化物的总排放量为 8800 万吨。
氮氧化物清洁空气由 78%的氮和 21%的氧组成。氮氧化物是在氮—氧 环境中发生燃烧时所产生的，其数量主要决定于燃烧时所达到的温度。它们 既可能是一次污染物，也可能是二次污染物。一氧化氮（NO）是燃烧的直接 产物，其本身可能不是一种污染物；但当它和空气混合时，便反应生成二氧 化氮（NO2）。二氧化氮是一种污染物，即使在 0.25ppm 的低浓度下，如持续一小时，即会形成红褐色的烟雾覆盖在地平面上。在 3ppm 浓度下持续一小 时，它会像 SO2 一样产生对支气管的刺激作用。更为重要的是，二氧化氮能 通过光化学作用与活性碳氢化物结合生成许多种污染物，其中包括 PAN。全 世界天然排放的氮氧化物是 7.68 亿吨，人为排放的是 5300 万吨（92%来自 煤或石油产品的燃烧）。问题主要在于，我们准备怎样使用（或滥用）我们的矿物燃料原料。
表 8.1 主要空气污染物全球排放量的估计，百万吨/年
污染物 吨位
（人为的）
吨位
（天然的）
总量 人为污染物在 总量中的百分比
一氧化碳
220304
33
37
90%
硫氧化物
146
74⑴
220
66%
碳氢化合物
88100
70～100
—⑵
氮氧化物
5358
768
31
6%⑶
颗粒物
245408
—⑷
⑴海迪（Hidy）和布罗克（Brock）认为，硫污染物的天然排放 量变动极大，每年在 36000～365000 吨之间；该数值要比表中数值低 得多。
⑵阿尔贡国家实验室估计碳氢化合物人为污染排放量约占总量 的 14%。
⑶阿尔贡国家实验室同意鲁宾逊（Robinson）和莫泽（Moser） 提供的数据，但巴特尔（Bartle）、格里格斯（Griggs）和路德维格（Ludwig）估计为 10%。
⑷海迪和布罗克估计人为的颗粒物污染在总量中占 6%。
表 8.1 列出了由人类活动所引起的主要的污染情况。这主要是 70 年代初 期时的情况。如果科学家们对近 20 多年来空气污染的监测资料进行综合，并 应用先进技术评价全球监测结果，就肯定会发现，上面介绍的情况已有所变 化。
与此同时，正在不断试验一些较新的技术，如通过遥感，尤其是通过卫 星遥感对了解污染排放情况有很大意义。但也必须看到它的不足之处（例如， 火箭发射卫星进入近地空间所造成的污染，很可能比收集到的有关数据还要 高）。反射的阳光（反照率）、热排放以及污染物二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、 二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）和氨（NH3）都可以被监测；但迄今为上， 对它们的监测都只限于 0.7～7 公里之间的高度内污染物均匀混合的情况。在 这种技术被广泛采用之前，必须较详尽地区分各地区和近地层的情况。
和天然排放量（见表 8.1 的注）相比，人为污染仍然只占很小部分。空 气中废物的少量增加，譬如增加万分之五，就已能造成使我们今天很感头痛 的污染事件。这少量的增加还可以破坏大气的再循环能力，特别是破坏局部 地区环境的再循环能力。污染物排放集中，是空气污染的主要问题之一；这 里，不管是指笼罩在世界富国上空的烟雾，还是指穷国为获取食物而造成的 充满尘土的天空。据环境保护局称，在 1970 年，美国的人为污染量是 2.22 亿吨，约占世界总量的 1/4。所以，污染最严重的是世界最富的国家。
微量污染
当然，除了表 8.1 中所示的污染物之外，还有许多别的污染物，但它们 的总量可能还不到美国污染物总量的 2%，不到世界总量的 1%。遗憾的是， 这些所谓的微量污染物的毒性，按每一单位排放量计，却比迄今谈到的任何 一种污染物都大。主要污染物和微量污染物这两种叫法，是根据一次排放量，而不是根据其毒性或它在生成二次污染物（如形成光化学烟雾）过程中的反 应活性而来的。对于像金属铅、镉、镍和放射性核素来说，毒性是一个需要 特别予以考虑的问题。在最近几年中，它们都已成了相当常见的大气污染物。
据安东尼·塔克（AnthongTucker）估计，每年卡车和汽车排入大气中的 铅大约有 100 万吨，而且这还不是铅的惟一人为的污染源。美国的汽车拥有 量最高，在一些城市中，大气中铅的浓度一直以每年 5%或更高的速率在增 长。通过呼吸道而被人体吸收的铅的比重要比通过消化道吸收的高。儿童较 之成人对铅中毒更为敏感。由于许多贫穷人家只能被迫住在高速公路和其它 主要干道附近，所以这些人家的孩子铅中毒的比例特别高。
正如保罗·P·克雷格（PaulP.Craig）和爱德华·伯林（EdwardBerlin） 已指出的，1967～1968 年在芝加哥进行的一项试验中发现，在接受试验的68000 名儿童中，约有 6%的儿童每 100 毫升血液中的血铅浓度超过 50 微克。 加利福尼亚公共保健处认为，儿童血铅浓度的最高允许极限是 40 微克。采用 低铅汽油和对有关的废气排放物进行管理能解决这一问题；但是，这对已经 由于铅中毒而造成思维迟钝和低能的儿童，却无济于事。有关铅的情况已有 大量文献记载。但是，美国公共卫生当局需要多长时间才能得到关于镉和镍 的数据？镉能引起高血压和骨质疏松，镍能引起肺癌。现已知，还有许多微 量污染物是致癌的。
对于臭氧层的威胁
有些空气污染物以刺激或中毒方式直接影响生物；另一些则通过削弱大 气圈对维持生命的帮助作用而间接影响生物。最近发现，有两类污染物，一 类是喷雾剂中的碳氟化合物，另一类是超声速飞机飞行时放出的氮氧化物， 它们都威胁着大气圈的臭氧层。
在地表以上 15 到 35 公里的高度上蓄积形式的臭氧（O3）层，是地球的 重要保护层之一；它是在大气圈和生物圈的共同演化中形成的（第一章）。 在大气圈的这一较上层，某些氧分子（O2）变成臭氧，后者能吸收入射的大 量紫外线。如果不存在这一臭氧层，那么到达地球表面的紫外线的强度将大 到使生命无法存在的程度。然而，目前人类活动排入大气圈的气体，却正在 破坏这一臭氧层。
碳氟化合物每年释入大气的氟里昂（一种碳氟化合物）有 50 到 80 万吨。 这部分排放物主要来自作为火箭推进剂的以气溶胶形式存在的氟里昂；较少 一部分是在制造或拆弃冷冻机和其它冷却设备时放出的。当火箭推进剂在大 气圈的较下一层蓄积并逐渐进入较上一层的大气中时，问题就产生了。而且， 当氟里昂和有关的氯基气体到达臭氧层时，由于那里紫外辐射的强度较大， 故会使它们分解而放出氯原子。氯原子反过来和臭氧反应，并与一部分氧原 子结合而把另一部分氧原子变为氧分子，从而减弱了臭氧层的屏蔽保护作 用。
对于臭氧层是否有可能被破坏并耗竭的问题，科学家们尚有争论。但是，美国食物和药物管理局在 1976 年 10 月提出，应停止使用氟里昂这类碳氟化 合物作为气溶胶喷雾剂。这一决定无疑是在美国科学基金会一份报告（1976 年 9 月）的影响之下作出的。该报告断言，碳氟化合物正在破坏臭氧保护层。 美国食物和药物管理局高级专员在宣布逐步停止使用氟里昂的决定时指出： “已有事实表明，用于气溶胶喷雾剂的碳氟化合物火箭推进剂会破坏臭氧 层。若不采取措施，则显著影响气候，并增加人的皮癌发病率。”
氟里昂的蓄积速度一直在加快。据估计，在 1972 和 1974 年间，它的数 量增加了一倍。国家科学院“臭氧层的氟里昂问题”研究委员会负责人、 KittPeak 国家天文台的唐纳德·M·亨特（DonaldM.Hunten）估计，到 1974 年末，可能已有 2%的臭氧被破坏了。由于显然存在着时间滞后效应，所以 一直到 1978 年还被广泛使用的气溶胶喷雾剂对臭氧层的破坏作用可能至少 要延续到 1988 年，到那时，臭氧的损失可能将达到 3%。根据密执安大学的 拉尔夫·西塞罗尼（RalphCierone）和哈佛大学的迈克尔·麦克尔罗伊（MichaelMcElroy）的估计，如果气溶胶的用量预期每年增加 10%，则 20 年后臭氧将减少 10%，到 2014 年将减少 40%。由于臭氧层的耗竭而引起的 紫外辐射的增加，是一个危害人类健康的严重问题。据估计，臭氧每损失 1
%，皮癌患者便会增加 2%。
氮氧化物好像只说氟里昂还不够似的，人们对靠近臭氧层或在臭氧层中 飞行的超声速飞机所排放的氮氧化物的影响，也提出了同样的警告。和氟里 昂一样，氮氧化物和臭氧（O3）中的部分氧原子结合，并把 O3 还原成 O2，破 坏臭氧层的保护作用。麻省理工学院的一项研究指出，如果有一群由 500 架 超声速飞机构成的机群定期地在臭氧层附近或在臭氧层中飞行，那么在 25
年之内，会使臭氧减少 12%。 R·S·斯科勒（Scorer）声称，天然释放进入大气圈中的氮氧化物的数量很大，这是一项“令人鼓舞的新发现”。他指出，在地面附近生物释放并 转入同温层的氮氧化物数量相当于 4000 架协和式飞机在其极限高度上每天 飞行 7 小时所放出的氮氧化物总量。这是否意味着从 500 架超声速飞机上排 放的氮氧化物就是无足轻重的呢？并非如此。超声速飞机的废气之所以有 害，不是因为它的相对数量，而是因为它对大气平衡的影响。显然，大气圈 内的内环境稳定机制能够适应自然界天然排放的相当于 4000 架协和式飞机 排出的氮氧化物，但却不能承受附加的 500 架超声速飞机的氮氧化物负荷。 另外，在对流层的下一层，天然释放的氮氧化物只滞留 5 至 7 天的时间，它 的危害较之在同温层释放氮氧化物要小得多，因氮氧化物的同温层的滞留时 间通常要达到几个月至一年。
地区性污染事件
气候和空气污染之间存在着复杂关系。虽然大气污染可受到气候因素的制约，但气候会影响污染事件的延续时间和强度。这两类影响在城市环境中 最为明显，即城市中集中的人口和人为的影响正在改变着气候与污染之间的 现有平衡。
城市，特别是大城市，它所放出的热量要比附近农场和天然植被多，因 为城市内的建筑物和路面把入射的大部分太阳辐射能转换成了热量。而且， 城市燃烧大量燃料，增加了热负荷；其结果，使大量空气受热上升。空气在 上升过程中被冷却再落回地面，形成局部性的垂直循环式。局部循环能起到 捕集城市周围大气中的污染物的作用。这一现象一般称作“尘丘”或“城市 热岛”。
大气圈内经常存在的大量能量的转换过程使温度和湿度不断改变，并促 使近地面大气层几乎连续不断地运动。一般说来，风就是由于大气层内的冷、 热差异所引起的。空气运动，包括垂直运动和水平运动，能使污染源释放的 一次污染物扩散、混合并转移到远离污染源的地区。这些稀释过程能降低污 染物的浓度，推动第一步的再循环。这一点对居住在城市—工业区的人来说 是非常重要的，因为，如果没有大规模的天然运输机制来减轻毒性物质的有 害的局部蓄积，城市中的生物很快就会死亡。纽约这个大城市得以维持生存 的原因，就是几乎连续不断的西风吹走了所排放的污染物，使它们分散到大 西洋的上方。在纽约市的峡谷状的街道上，虽闻不到三叶草和牧草的香味， 但由于西风盛行，所以生命和商业得以维持、发展。大多数城市，在大多数 时间内，也都是这种情况。自然的循环作用使那里仍能适宜于人的居住。因 此，污染蓄积还不是一个普遍现象。当在不利的气象条件下有大量污染物排 放时，便会造成严重破坏。对那些持续时间虽然不长但危害很大的大气污染， 我们称之为污染事件。
逆温
有些环境比另一些更易毁坏。例如，南加利福尼亚沿海平原经常出现低 层逆温现象。当发生逆温时，大气圈内靠近地面的空气温度比高处的温度低。 上部较热的空气对下部较冷的空气来说就好像是一顶帽子，阻止下部空气的 上升，使污染物难以扩散。这种逆温是由于沿太平洋（夏威夷）亚热带高压 区东端从 30000 至 35000 英尺处下降的空气在其下降过程中被压缩加热而造 成的。这一干燥而温暖的空气往往停留在海面上空（高度为 1000 至 3000 英 尺）的冷而潮温的空气层之上，近海面的大气层于是被它上面的逆温层所阻 隔，或被来自海洋的西风和陆地一侧的山脉所阻挡。
虽然从整个大陆来说，南加利福尼亚沿海平原所具有的条件并不能认为 是具有代表性的，但要在那里发展城市却是一个十分严重的问题。事实上， 如果洛杉矶的污染像纽约和芝加哥一样严重，那人们能否在那里生活就将是 个问题了。
伦敦的杀人者：烟雾
虽然由于污染事件都发生在局部地区，而且延续时间也短，它们不可能成为生态圈的最大威胁；但由于我们用来呼吸的空气被充作废物弃置系统来 对待了，从而大大加重了污染的危害性。或许世界上最有名的事件是 1952 年的伦敦杀人烟雾事件。有关伦敦空气污染的记载至少可追朔到 17 世纪。但 是，只是 1952 年 12 月的烟雾事件才最终使英国和全世界知道，空气污染有 何等的危害。从 12 月 5 日至 8 日，一个逆温层封锁了泰晤士河谷，使城市上 空集积了大量硫氧化物和颗粒物。在一般情况下，二氧化硫的浓度是0.1ppm，这时却升高到了 1.34ppm。伦敦的雾和煤炉释放的烟混在一起，成 了一种新的有毒物质——烟雾。一个星期之后，当逆温现象消失，天空最终 变得洁净之时死亡人数增加到 2482 人。而在平时，每年的这个时候死亡者平 均只有 945 人。后来，政废当局的计算表明，由于这次烟雾事件的爆发，约 使 5000 人（其中多数是老、弱、病者）死亡。
伦敦可能再也不会遭受像上述杀人烟雾那样严重的污染事件了。1956 年 的清洁空气法（这是同类法案中的第一个法），使地方当局有了设立烟气控 制区的权力。到 1978 年，整个伦敦地区都以这种方式进行了区划。烟气排放 已降低了 75%，二氧化硫的排放降低了 40%；然而，伦敦事件仍可被看作是 河谷地区冬季逆温所造成的灾难事件的典型代表。这种情况在较高纬度地区 的工业城市中是经常出现的（见短论）。
洛杉矶型污染
然而，即使是老城市，目前主要的问题也不再是烟气，而是汽车排气了。 这一类污染经常和洛杉矶这个名字联系在一起。当然，这么联系或许是不公 平的，因为洛杉矶在控制其空气污染方面下的力气可能比其它任何城市都更 大。大约在 1940 年，第一次显示出在洛杉矶存在着空气污染问题。三年之后， 污染大大加重。但是，在花了十多年的时间之后才得出结论，认为这种污染 和汽车交通有关。当时，对这种污染形式是很陌生的。由上部的送温层和洛 杉矶盆地周围的山脉所封截的碳氢化合物和氮氧化物，在光化学作用下，被 转变成活性更强的物质，如甲醛和 PAN。同时看到，臭氧浓度也有增加。由 于热和阳光能促进这种反应发生，所以在夏季这种污染的可能性最高，延续 时间也最长（见图 8.4）。这种新型的污染，即光化学烟雾，是更难控制的； 因为它和几百万小污染源——汽车有关。
短论：烟雾
目前，并不是所有国家都存在着空气污染灾害。空气污染主要发生在大 的工业城市，特别是发生在地形条件容易造成空气滞留的城市中。曼谷、华 盛顿、米兰和莫斯科都宣布存在空气污染。但看来以东京和墨西哥城这两座 较大城市的问题最为严重。
一个世纪以前，东京的居民在一年中有四分之一的日子能从 60 英里之外 看到富士山银光闪烁着的山顶。在工业发展的年代里，工业污染缓慢地增强。 后来，在 1960 年至 1963 年间，汽车污染和光化学反应产物使能见度进一步 降低。现在，除了极偶尔的情况外，富士山山顶的风光终年为烟雾笼罩着。
世界最大的城市可能已变成了世界上最脏的城市。日本经济发展的奇迹 已使其社会背上了沉重的包袱。东京和日本其它大城市中的呼吸道病患已变 得如此严重，以至使国会在 1971 年通过了一项计划。根据这一计划，市政当 局应为已被确诊的“污染病患者”支付 50%的医药费，另外的 50%则从国家 健康保险费中支出。这里所说的“污染病患者”是指患有气喘、支气管哮喘、 慢性支气管炎或支气管肺气肿的病人。
东京大都市地区工业最集中的地方川崎，已有 800 多人被确认为污染病 患者，估计还有 1 万人虽然没有提出享受医疗补助的要求，但他们也的确患 有上述四种疾病中的一种。这就无怪川崎要改变它的城歌中的词句了，即删 掉了“爆发出的烟火，象征着欣欣向荣的日本，展示着国家的希望”的词句。
和东京的情况一样糟糕，墨西哥城够得上是世界空气污染最严重的城 市。这个大都市有 1100 万人（略低于东京），而它的地形和气候条件很不利。 墨西哥盆地（海拔 1 英里）的灰蒙蒙的平原区四面为山脉所环抱。山脉差不 多完全阻挡住了风对积蓄的污染物扩散的可能性。
在拉丁美洲，墨西哥城是工业发展最迅速的城市。她所使用的燃料几乎 全是本国产的高含硫量的石油。该城有 70 万辆汽车，其中大部分保养很差， 拥挤在街道上，排放的废气使天空变得暗淡无光。对于挤居在贫民窟的几百 万新的农村移民者来说，为了寻求民用燃料，他们什么都用，而最常用的则 是木炭。
除了这些污染源之外，每年 5 月至 11 月期间的强烈阳光也是个问题。在 冬天，光化学烟雾再加上很高浓度的硫氧化物和粉尘，或许使墨西哥城成了 世界上空气污染最严重的城市。夏天的降雨使问题得到一定程度的缓和，但 在两次大雨之间，有足够的时间重新蓄积污染。
1972 年，墨西哥联邦政府通过了有关汽车污染物的法律，这些法律在1973 年生效。从理论上讲，它们将使 10 万辆产生严重污染的车辆停止使用。 但遗憾的是，对这些法律的执行并不很严格。1972 年还同时通过了工业污染 管理法，但允许有 30 个月的宽限期。这些法案执行的时期还不长，现在还很 难说它们是否已取得了任何重大效果，很可能是没有。人们的态度和经济观 是很难改变的。对穷人来说，从工业获得就业机会比获得清洁空气更重要。 像世界上其它地方的穷人一样，墨西哥的农民很愿意离开空气虽然新鲜但却 十分贫困的农村，而千方百计地找机会到充满烟雾的大城市去谋求较高的收 入。
全球气候的改变
污染事件具有偶发性，而且主要发生在局部地区。但是，全球性大气平 衡的改变则完全是另一回事。即使是短期的气候波动也会对食物生产造成有 害影响。在 1975 年，路易斯·M·汤普森（LouisM.Thompson）就指出了气候短期变化的严重后果。在查尔斯·F·凯特林（CharlesF·Kettering）基 金会的资助下，珀杜大学詹姆斯·E·纽曼（JanesE.Newman）领导的由 40 名科学家组成的一个小组制定了一系列方案，以便研究如果过去 50 年的某些 气候模式得以重现，那么它对近期的食物生产会产生多大影响。在一项方案 中，对 1933～1936 年的天气条件与 1975 年的谷物种植面积以及与 1973 年投 入的技术水平进行了相关性研究。研究结果表明，玉米、小麦、高粱和大豆 的总产量比 1975～1976 年的产量降低了 27%。
太阳能的接收和气候
现在看来，广大区域内气候的特点更多地是受大气圈与来自太阳的总能 量之间的关系的影响，这种影响比其它因素更重要。因为气候主要受热能的 影响。风是由于太阳对大规模气团的加热作用而引起的。而且，正如我们在 第一章中已经指出的、正是太阳辐射推动了水循环，使水从海面上升，然后 以降雨形式落回地面。
因此，人类对大气平衡的破坏，特别是由于二氧化碳、粉尘和水蒸汽的 增加而造成的破坏，无疑会改变全球的气候分布。气象学家（ReidBryson） 里德·布赖森还认为，这种情况会影响到对大气中总能量流的控制，从而在 当生物圈以外的“触发机制”刺激的情况下引起气候变化。所以，大气圈外 层中太阳粒子的突发可以对气候产生短期影响，但是与对推动大气循环起着 极为重要作用的太阳能量流相比，它就显得不太重要了。换一种说法是，对 大气中太阳能的吸收、反射和发射（再辐射）有影响的各种因素之间的作用， 是控制全球气候的主要机制。空气污染也已成为气候变化的主要原因。
因为气候是由热能引起的，所以某一地区的全年温度分布的变化看来可 以是全球性气候变化的较好表征。通过布赖森和丁·默里·米切尔（MurrayMitchell）及其他人的工作，已经帮助重建了大气温度分布图。 历史上全球气候的波动 我们倾向于认为，目前的气候条件是正常的，而且我们总是下意识地根据极短时期的平均值，通常是根据曾经得知的数据，来说明气候的变化。在 过去三个世纪中，20 世纪前半世纪的气温有点异常。根据明尼苏达、英格兰 和北半球其它地方的地质和植物遗迹（化石花粉），布赖森得出结论，认为10500 年以前，即约更新世末，那时的气候是夏季冷而潮湿，紧接着约在 10000 年前，突然温暖起来。从而导致 5000 或 6000 年前北美和欧亚大陆冰川的迅 速后退并接近消失。自此之后，温度一直在缓慢而不规则地下降着。
许多地方保存有过去 200 年间测得（温度计）的温度数据。根据在哥本 哈根收集到的 1798 至 1947 年的数据，布赖森重建了温度图。温度图表明， 在 1798 和 19 世纪 60 年代之间温度逐渐下降了 0.8 摄氏度；然后，温度出现 迅速上升的趋势，到 1947 年，共上升了 1.1 度，其中在 1920～1935 年间上 升较快。从本世纪 40 年代中期开始，冷的趋势占了主导地位，温度回落到19 世纪初期温度的 2/3。在人们现今的记忆中，再也没有比那时的温度更低的了。事实上，纽约和美国中西部的居民曾把 1816 年称作“冷太阳年”。 当然，在漫长的历史时期内存在着极为微小的波动。许多人可能会争论说，对于说明气候的长期变化，即使是用 200 年的时间仍然是不够的。造成 气候长期变化的原因很难识别，但短期气候变化看来和人类活动有愈来愈密 切的关系，特别是与大气污染及地球陆地表面反射性的改变有密切关系。
近代气候变化的原因
大气环流模式是不断变化的，很明显，这种变化与温度条件密切有关。 季风紊乱，反常的季节性干旱，反常的季节性降雨，以及盛夏的霜冻，看来 都属于这种变化范畴。在非洲北部，撒哈拉沙漠继续以惊人的速度向南扩展， 有些年中扩展竟达 30 英里而在中美，由于蒸腾和降雨之间的平衡发生变化， 有些湖面一直在上升。和过去的正常年份相比，冰岛沿岸现在正漂移着愈来 愈多的浮冰。新英格兰的冬天有愈变愈冷的趋势，也是 19 世纪以来所未曾有 过的。
二氧化碳实际上，二氧化碳对全球总能量变化所起的作用是微不足道 的。问题在于其变化在多大程度上受控于大气圈以外的力，且在多大程度上 受控于内部平衡的改变。气候主要是受地球表面热的收支情况所决定的；因 此，太阳能到达地面或被截获在较下层大气的数量的变化，将对气候模式的 变化起决定性作用。这样，19 世纪前半叶工业化的快速发展而带来的二氧化 碳的蓄积可能就是本世纪前期地球气候转热的主要原因。
二氧化碳是一种无色分子，它很容易接受短波的太阳辐射。但是，当它 和地球表面或其它反射物体接触时，短波能便会转变成长波能。这种长波能
（热）然后再反射回地面或被其它二氧化碳分子所吸收。
1967 年，美国总统科学顾问委员会提出警告说，矿物燃料的燃烧已使全 世界二氧化碳的浓度在过去 100 年间提高了 14%；而二氧化碳浓度的继续增 长有可能会把温度最终提高到地极的冰帽融化的程度，从而使海平面提高400 英尺之多。然而，令人感到惊奇的是，人们对此却毫不焦虑。当然，海 平面升高 400 英尺的可能性不大，但只要升高 20 英尺，就足以使伦敦和纽约 的大部分地区被淹没。
颗粒物污染甚至在科学顾问委员会提出它的报告之前，就已有其他科学 家们不断提出警告，二氧化碳蓄积的短期效应已被大气中同时蓄积的气溶胶 所抵消。人类的农业和工业活动所产生的烟尘和使云量的增加，正不断地把 更多的能量反射入空间。直到大约 1930 年时，大气中颗粒物的负荷还是比较 稳定的。但是，从那时开始，尘量增加，温度下降。
美国 1993～1937 年期间的黑风暴（尘暴）似乎是一个主要的大气冷时期 的开始。农业造成的灰尘在其它地方也有增加。印度和中国开发边缘草地以 供耕作；原苏联在 60 年代因垦荒而造成的黑风暴（尘暴）比美国的那次还要 严重。农业不是惟一的因素。工业化和运输机动化也都是重要因素。据原苏 联在高加索地区的观察，在 1930 至 1936 年间，颗粒物增加了 18 倍。其它工业化地区也报告有类似的数据。喷气飞机留下的含有气溶胶的尾气是另一个 令人不安的颗粒物来源。据一些气象学家说，它们已使北美和欧洲的卷云增 加了 5～10%。其净结果则提高了大气的反照率或反射太阳辐照的能力，并 相对降低了大气温度。
对全球环境的危险
乍一看来，布赖森所计算的或如图 8.6 中所表示的温度变化的辐度似乎 是很小的。但是，如果目前的这种冷的速率得以继续，那么最多只要 240 年 的时间，温度就能降低 2～4 摄氏度。而这一温度变化已足以把我们带入另一 个冰期。即使是在更新世温度最低的时期，其中纬度地带的平均温度比我们 现在的温度也低不过 4 摄氏度，高纬度地带与我们现在的温度差别则或许是10 摄氏度。 我们这里讲的虽都是有关冷的问题，但我们仍不能忽视废热可能对整个大气圈带来的影响。幸好，和二氧化碳蓄积有关的这种直接热对整个大气圈 的威胁，或许不像它乍看起来的那样严重。二氧化碳对大气升温所起的作用 似乎已被海洋大大缓和了。以往几个世纪中，大部分过剩的二氧化碳已被海 洋所吸收。S·F·辛格（Singer）曾指出，海洋中含有的二氧化碳已达到大 气中 CO2 含量的 60 倍，而且看来还能有所增加。另外，大气中二氧化碳的增加可促进植物生长，而植物能吸收一部分过剩的二氧化碳，从而成为内环境 稳定机制中的一部分。
另一个曾经一度认为十分危险的问题是氧气有可能被用尽，虽然现在不 再作为一个急切的威胁。生物学家曾经警告说，随着陆地植被的去除和海洋 浮游生物的生长受抑制，在几代人的时间之内将会出现氧气短缺的问题。这 种情况应该予以重视，这是因为，植物通过光合作用放出氧气正好足以维持 自身的呼吸作用，并供其死后的分解所需。与此同时，动物和细菌所消耗的 氧气几乎等于光合作用的总生产量。对此，人们感到悲观，直到人们终于认 识到氧的来源可通过封闭在石灰岩和其它沉积岩中的碳而得到补充，且其数 量足以维持大气中的氧气在几千年内不发生变化时，以前的悲观看法才有所 改变。然而，劳埃德·V·伯克纳（LloydV·Berkner）和劳里斯托·C·马歇 尔（LauristonC.Marshall）认为，如果植物活动停止，大气中的氧气将在 二千年内耗尽。实际上，对于大多数城市居民来说，氧气会在什么时候用尽 的问题对他们并没多大关系，因为一氧化碳在这以前将早已达到临界浓度。 不管怎么说，主要的问题不在于提供这种或那种气体，而是在于保持生态系 统的稳定，使整个大气圈生命维持系统得以正常运转。
空气污染造成的损失
空气污染造成的损失经常以其实际危害来表示。1974 年 5 月，环境保护 局华盛顿环境研究中心发表了美国 1970 年因空气污染所造成的经济损失数字指出，损失约在 61～185 亿美元之间，而 129 亿美元这一数值最接近实际 情况。同年，国家污染控制局的估计是 135 亿美元。经济损失共分 4 类：人 体健康方面，46 亿美元；住宅方面，59 亿美元；物质损失方面，22 亿美元； 植物损失方面，2 亿美元。
不论是哪方面损失，目前对其经济损失的估计都还不能认为是十分肯定 和结论性的。然而还在前十年，就认为数据的质量确实已有很大改进了。目 前，经济损失的调查工作已因罗纳德·里德克尔（RonaldRidker）的综合性 且颇具开创性的工作而得到发展。另外还有不少研究也深入探讨了某些特定 的损失问题，根据“社会保健和环境监督系统规划”，美国环境保护局对某 些呼吸道疾病的发病率进行了研究。我们对经济损失的了解，则还有许多研 究工作要做，特别是对作用还难肯定的低含量条件下的生理变化和可能的心 理因素所造成的损失，还待研究。
