碳氧化物的产生、危害及其与负氧离子的相互作用

中国空气负离子暨臭氧研究学会专家组提供

大气环境中存在的碳氧化物主要是指一氧化碳和二氧化碳。就负氧离子对碳氧化物的降解而言，主要是对二氧化碳的降解。对一氧化碳的降解几乎没有体现。

二氧化碳是一种无色无味气体。二氧化碳分子没有极性，很容易被液化。在地表大气层中二氧化碳的来源有自然因素和人为因素。自然因素有：地球上各种生命物质的呼吸作用、自然的燃烧过程、森林火灾、火山喷发等。一般来说，人为排出的二氧化碳有很多种渠道：
    ①人们生活、发电厂等所用的煤和褐煤燃烧排放的二氧化碳占了二氧化碳排放量的很大部分；
    ②人类所采用的所有动力交通工具都是以石油的裂解产物作为燃料，在燃油的燃烧过程中产生了大量的二氧化碳；
    ③人们使用的另一种燃料——天然气在燃烧的过程中也释放出大量的二氧化碳；
    ④人为森林火灾或人类使用木材作为燃料时，会在燃烧后向大气排放二氧化碳。
    通过生物学原理知道，动物通过呼吸作用排出的二氧化碳在大气的循环过程中通过生物光合作用和溶解于海洋中而重新被地球吸收。然而，大气中二氧化碳的浓度还是在逐年增加。因此可以判断，人为变化对于大气中二氧化碳的平衡有着重要的作用。近年来大气中二氧化碳含量逐渐增多，这是由于太阳光中绝大多数的紫外线被大气上空的臭氧层吸收，其余部分的光进入大气。大气中的水汽和二氧化碳不吸收可见光，因此可见光可通过大气层而到达地球表面。与此同时，地球也会向外辐射能量，不过此能量是以红外光形式辐射出去。水汽和二氧化碳能吸收红外光，这就使得地球应该失去的那部分能量被贮存在大气层内，造成大气温度升高。有人估计，若大气温度升高2～3K,就会使世界气候发生剧变，同时会使地球两极的冰山发生部分融化，从而使海面升高，甚至造成沿海一些城市被海水淹没的危险。这就是所谓的“温室效应”。正如20世纪60、70年代科学家所预言的那样：在空气污染技术中，我们对微不足道的小事倒很关心，如浓度极小的碳氢化合物的光化学反应、微量二氧化硫对植物的影响；而对大量的污染物二氧化碳和亚微细粒子——由于它们的局部影响很小，却被普遍忽视，这些污染物可能是引起世界性环境重大变化的原因。因此，二氧化碳在对整个地球环境的影响上起到了举足轻重的作用。在本章节的讨论中，我们把二氧化碳作为一种环境污染物进行探讨。除了植物的光合作用等消耗地球上的二氧化碳气体。在大气电离层中，同样也存在着二氧化碳和其他活性物质的反应。机理如下：由于自由电荷的大量存在，空气中的氧气和氮气与其发生电子反应：

                                  e- + O₂ + 0₂ → O₂^- + O₂                               (5-l)

                                  e- + O₂ + N₂ → O₂^- + N₂                               (5-2)

   产生了大量的负氧离子，这些负氧离子和进入平流层中的二氧化碳相互作用，会产生以下的几类反应：

O₂^- + CO₂ + M → C0₄^- + M                              (5-3)

                                  0₂^- + 0₃ → 0₂ + 0₃^-

                                  O₃^- + C0₂ → C0₃^- + O₂                                 (5-4)

                                  O₂^- + O₂ + M → 0₄^- + M

                                  0₄^- + C0₂ → CO₄^- + O₂                                       (5-5)

其中M为大气中气体反应催化物。负氧离子作为活性反应物或活性中间体，都可以通过各自不同的途径对空气中的二氧化碳进行分解。而在同样负氧离子浓度较高的山区、瀑布周围，也存在着类似的二氧化碳分解规律。