大氣生態

大 綱

四. 空氣污染與環境綠化

三. 空氣污染的危害影響

二. 空氣污染的釋出、傳輸與輸入

一. 空氣的自然組成

一. 空氣的自然組成

大氣的形成

六十五億前，地球初形成圍繞氮、氫、氨及甲烷。

綠色植物行光合作用，將水分子列解為氧分子，空氣的組成開始含有氧氣。

2H2O + hν 2H2 + O2 水分子的光化分解 (dissociation of water by ultraviolet radiation)

原始海洋當中蘊含的化合物藉由氧氣之助，而氧化成各種不同氣體，並陸續加入空氣組成的行列，變成今日的空氣。

正常乾燥空氣的成分Sea Level

氣體 濃度 (ppmv)

Methane 甲烷 1.0~1.2

Nitrogen 氮 780,900 Kypton 氪 1.0

Oxygen 氧 209,400 Nitrous Oxide

一氧

化氮

0.5

Argon 氬 9,300 Hydrogen 氫 0.5

Carbon Dioxide

二氧化碳

315 Xenon 氙 0.08

Neon 氖 18 Nitrous Dioxide

二氧

化氮

0.02

Helium 氦 5.2 Ozone 臭氧 0.01~

0.04

大氣的結構和組成

地球直徑8,000哩

(12,875公里)

生命層：海面上8公里的陸地

和11.3公里海洋深處。

其中3.2公里厚度，包含95%

的生命。

1.對流層

0~13 km

每上升

1 km，

降低6.5℃

1. 與生存最有關係之一層

2. 空氣污染最嚴重之一層

3. 空氣有垂直之上下運動

4. 所有天氣現象均在此層

2.平流層

(溫暖層)

(臭氧層)

13~50 km

每上升

1 km ，

增加5℃

1. 臭氧(O3) 97﹪集中在平流層，臭氧可吸收紫外線轉成熱能，所以溫度升高

2. 平流層無垂直氣流之困擾，噴射機常在平流層底部飛行

3.中氣層

(光化層)

50~85 km

向上漸減

每公里減少3℃

1. 含O3、O2、CO2，產生光化作用，又稱光化層

2. 溫度最低約為-90℃

4.游離層

(增溫層)

(電離層)

85~550 km

向上漸增

500 km

達1200 ℃

1. 吸收紫外線產生電離作用，游離

2. 可反射無線電波

5.外氣層

550~ 1000km

溫度繼續

下降

1. 含H2及He最輕的氣體

2. 外太空的起點

大氣圈

總質量約3.9*1015 公噸的混合氣體，占地球總質量的百萬分之一。

受地心引力的作用，大氣質量在垂直方向的分布極不平均，

50%的質量集中在離地面5公里以下，

75%集中在10公里以下，

90％集中在30公里以下的範圍內。

高度100公里以上，空氣的質量僅是整個大氣圈質量的百萬分之一。

大氣生物圈

90%的海洋及30%的陸地，幾近於毫無生

命存在 (生物沙漠Biological deserts)。

脆弱的生命經不住溫度和壓力劇變。

鳥類生存極限 7620公尺高空，

動物生存極限 6100公尺，

青綠色植物超過 4570公尺便無法存活。

(聖母峰 8850公尺，玉山 3952公尺，台北

101大樓508公尺)

http://www.srh.noaa.gov/srh/jetstream/atmos/layers.htm

大氣的功用

大氣圈是地球的保護層，阻隔宇宙塵和強力輻射，過濾紫外線。

溫室氣體(CO2等)，白天吸收太陽熱能，晚上釋放，提高夜晚溫度，減緩日夜溫差，維持一定的溫度而不忽冷忽熱。

地球的所有物質在大氣中循環，且維持平衡。

生命三要素：陽光、空氣、水。

大氣的物質轉移

循環的重要：大氣的組成多年來幾乎沒

有改變，主要是因為自然界之物質循環

作用

空氣中與生物有關的循環共分三種：

水循環

氮循環

氧循環與二氧化碳循環

水蒸氣是陸地的主

要交換者與氣候的

主要控制者

水蒸氣除與地球的

水圈構成循環，亦

常伴隨著氧與CO2的

循環

http://www.srh.noaa.gov/srh/jetstream/atmos/hydro.htm

氮的循環

氮的固定

將N2轉為氮化物

天然固定N2+O2 → NOx →NO3

-

人工固定：哈柏法

脫氮作用

有機體氮化合物分解為N2、NH3重返大氣

動植物蛋白質經微生物分解為胺基酸、氨、尿素

胺基酸、氨、尿素經微生物氮化作用，變成NO2

-、NO3-

氧與二氧化碳之循環

CO2的消耗：光合作用、溶於海水(如珊瑚之形成)、形成CaCO3， Ca(HCO3)2

CO2的生成：呼吸作用、有機物腐敗、燃燒有機物

當CO2循環失調，

大氣CO2過量而

導致溫室效應。

氧的消耗：呼吸作用、氧化、燃燒

氧的生成：光合作用6CO2+6H2O → C6H12O6+6O2

INPUT OUTPUT

EARTH

能量流

大氣圈

岩石圈

水文圈

生物圈

物質循環

二. 空氣污染的釋出、傳輸與輸入

釋出污染源分類

按產生種類：自然、生物、人為

按排放空間分布：點污染源，如煙囪；線污染源，如公路；面污染源，如工業區。

按污染物型態：氣狀污染物、粒狀污染物、衍生性污染物、毒性污染物、惡臭污染物

按污染範圍：地區性、全球性。室外、室內、個人。

按健康效應：急性(acute)和慢性(chronic)。

大氣污染源

自然界

火山噴發：排放SO2、H2S、CO2、CO、HF、火山灰。

森林火災：排放CO、CO2、SO2、NO2、HC。

自然塵：揚塵、沙塵暴、風砂、土壤塵等。

海浪飛沫：顆粒物主要為硫酸鹽與亞硫酸鹽。

閃電：氮氧化物、O3

生物界

森林植物釋放：主要為烯類碳氫化合物。

動物釋放：氨、CH4、H2S、VOCs。

大氣污染源

人為污染源

燃料：燃料(煤、石油、天然氣等)的燃燒

廢氣。(火力發電約貢獻3~4成的空氣污

染。)

工業：工業生產過程中排放污染物到大氣。

(約2~3成)

交通：汽柴油引擎廢氣有各種燃燒污染物。

(約3~4成)

農業：農藥及化肥的使用。

污染源分類

Mobile Source 移動污染源：指因本身動力而改變位置之污染源(空氣污染防制法)。各種交通工具，如汽車、輪船、飛機等。

Stationary Source 固定污染源：指前款所稱移動污染源以外之污染源 (空污法)。污染物從固定地點排出，如各種工業生產及家庭爐灶排放源排出的污染物，其位置是固定不變的。

Fugitive Source 逸散污染源

污染物生成機制

一次污染物/原發性污染物 Primary Pollutants

直接從人類活動的污染源排放的污染物：一氧化氮、硫氧化物(SOx)、碳氫化合物(HC)、CO、微粒。

二次污染物/衍生性污染物 Secondary Pollutants

原發性污染物在空氣中經互相化學反應或光化學反應形成，與一次污染物的物理化學性質完全不同的新的污染物，其毒性比一次污染物還強。

常見的二次污染物

如硫酸、硫酸鹽氣膠、硝酸、硝酸鹽氣膠、臭氧、及活性中間物（自由基）如HO2、HO等。

光化學煙霧 (photochemical smog)的臭氧(O3)、二氧化氮(NO2)及過氧乙醯硝酸酯(PAN)。

單位

固體：重量g/m3 ； =10-6

氣體：體積ppmv 體積百萬分之一 或

重量g/m3

單位換算

將 g/m3 換算成 ppm的三步驟:

求污染物的密度: 查表, 或

PV = nRT = (W/M)RT;

污染物的密度 = (PM)/(RT)

求污染物的體積

污染物重量g 污染物密度 = 污染物體積.

• 求ppm

污染物的體積 空氣的體積1m3 * 106 = ppm

污染物傳輸與釋入

傳輸：空氣污染源釋出的污染物質，無論氣態或是固態，一旦混入空氣當中，就會隨著氣流運送。

釋入：空氣污染物質以釋入方式造成某地區的物質及生命體的破壞。

三、空氣污染的危害影響

自然污染物都是局部且短暫，大氣的自淨下，並不會造成污染問題。所以主要污染來源是來自人為汙染源。 而空氣污染危害影響除取決 於污染物質的種類、濃度與 接受時間外，尚與受污染承 受體本身的特殊狀有密 切關係。

空氣污染指標 (PSI)

通常最常用來代表空氣品質的數字就是「空

氣污染指標 (Pollutant Standard Index，PSI)」。

PSI乃針對空氣中常見的五種污染物，測得其濃度之後換算成 0 到 500 的指數以代表空氣的清淨度。

空 氣 品 質 標 準

對各材質的危害

眾多的材料對於空氣污染質會起化學反應。

由於材料皆呈無生命狀態，即無法將污染物

質自行排出，又無法將受傷的部份加以恢復

，長期累積的破壞效應，危害更加明顯。

對質材的危害

彩繪琉璃藝術品黯淡斑剝

書籍外觀黃化、脆化

對金屬、建築等的影響－可使金屬腐蝕生鏽，如電纜、鐵軌、橋樑等，另外亦會使粉刷牆、紡織品褪色且減低耐久性，或引起輪胎的龜裂，造成經濟的損失。

紙張的抗拉強度實測：

曝曬1300小時

乾淨空氣中，抗拉減小25％

污濁空氣中，抗拉減少85～90％

德國科隆大教堂

德國西部萊茵河畔科隆市中心的科隆大教堂是德國最

大的教堂。

工業空氣污染影響，外觀由白變黑。

對各種生命體的危害

空氣污染的釋入效應，事實上不僅取決於生

命種類所具備的特屬敏感度，還與生命體本

身的發育階段、生長季節有密切關聯。

對植物體的危害影響

慢性傷害：低濃度長期。生長遲緩、產量減少如：如微粒佈滿葉面影響光合作用。

急性傷害：高濃度短期。生理機能（光合、代謝作用等）失調。如：燻煙情況下，快速呈現壞疽病態。

可當作指標植物，進一步區分為「預警植物」及「監測植物」二類。

慢性傷害：白化現象 急性傷害：壞疽

指標植物－預警植物

預警植物：對污染物很快地顯現出受害徵狀之敏感植物。

污染物 預警植物 病徵

二氧化硫 紫花苜蓿、大 波斯菊

葉緣及葉脈間變白，漂白部分隨接觸時間而逐漸擴展 至葉脈，葉脈則仍呈綠色，漂白部分會逐漸枯乾

氟化物 唐菖蒲、落花 生、牽牛花

葉尖及葉緣處出現枯乾，通常在健康及死亡的組織間 會有一條明顯之分界線

氯 白菜、菠菜、 番茄

氯氣具強氧化作用，接觸植物後葉面會產生不同顏色 之斑點，斑點之顏色有棕色、銹色或白色，視植物種 類而異

臭氧 菸草、菠菜

最先出現在成熟新葉尖端，首先呈浸水狀，繼而逐漸 變乾而呈小斑點之徵狀，隨葉子之成長而逐漸擴散至 整個葉面，同一植株上老葉對臭氧之容忍受性較大， 成熟新葉較敏感

PAN 龍葵及劍葉萵

苣 多出現於葉片之下表面，葉下表面出現亮銅斑

乙烯 金魚草、番茄 及豌豆

成葉片黃化或落葉、花芽脫落或花型變小、果實早熟 或落果

指標植物－監測植物

監測植物：對污染物具有相當忍受性或累積性，可存活於污染的環境下並具累積污染物的能力，由其受害徵狀的比例及累積的污染物量可推測污染物存在環境中的時間及污染物擴散的範圍，並可由植體中污染物之含量推測環境品質的變化情形。

利用唐菖蒲、番石榴及落花生等為監測植物監測農業地區之空氣污染。

相思樹葉尖枯乾，枯乾部位不規則剥落，葉片之氟含量為708μg/gd.w.。

不同空氣污染物質對植物的影響

酸性氣體 以二氧化硫為最，葉緣及葉脈間變白，漂白部分隨接觸時間而逐漸擴展至葉脈，葉脈部分仍呈綠色，漂白部分會逐漸枯乾，植物葉片會先呈浸水狀，繼而出現漂白病斑，然後葉緣捲曲、枯乾，嚴重者凋萎。

二氧化硫漂白作用

不同空氣污染物質對植物的影響 光化學煙霧

臭氧及 PAN是大氣中之主要光化氧化物；臭氧可由氣孔進入葉部，與細胞接觸後首先破壞其細胞膜而造成細胞死亡，並在葉表面產生徵狀；或傷害葉肉細胞或柵狀組織，或傷害葉綠體而影響植物之光合作用或二氧化碳之同化作用。

懸浮微粒 臺灣地區最常發生之固態污染物為害農作物是來自水泥工廠，水泥灰塵對植物之為害多非急性傷害，其對植物之傷害程度與其他化學空氣污染物比較屬較輕微，水泥灰塵可能覆蓋葉表面而影響光合作用，阻塞氣孔，降低蒸散作用和氣體交換速率，若大量沉積於植物體上會抑制植物之生長；覆蓋於生長點上會影響新芽的生長；若落於柱頭上會影響花粉之發芽而減少產量。

對於人與動物的危害

動物－因空氣污染而發生中毒的機會遠較食物中毒來的低。空氣的汙染導致陸域土壤以及水域生態的酸鹼度變酸，造成動物生存條件惡化為主因。

人物－不論是氣體或顆粒狀的污染物，當濃度太高、量太多或毒性太強時，均足以使呼吸器官內正常功能失效或影響其他器官，使身體不適；即使其濃度或量沒有高到足以產生立即危害，但長期影響下能有可能產生慢性病變。

對人體的危害

以呼吸系統的影響最為直接，亦會造成 視程上的障礙及刺激眼睛等。

體內鉛的含量達到一定量，則會傷害神 經系統、腎臟系統及造血功能等。

一氧化碳 (CO)可與血液中的血紅素結 合而降低血紅素的輸氧能力，造成嚴重 的意外災害。

常見空氣污染物在健康上的危害

空氣污染造成氣喘

氣喘盛行率有逐年上升的趨勢，國中與國小學童是氣喘盛行率最高的族群，男學童氣喘盛行率8.24%，大於女學童5.72%。確定氣喘＋疑似氣喘的患者， 台北縣最高：男性36.04% 女性30.19% 雲林縣最低：男性21.95% 女性18.95%

氣喘、鼻子過敏或是濕疹或異位性皮膚炎，2001年盛行率比起1996年惡化許多。(郭育良; 戴淑媚; 李永凌; 林英助; 邵于宣,台灣6~14歲學生氣喘盛行率2001/12)

三十年來台灣氣喘兒增加十五倍，減少住家毛屑、化學藥劑，可減少發病。(衛生署委託長庚醫院研究)

空氣污染造成肺癌

流行病學研究顯示：空氣污染較嚴重地區居民之肺癌死亡率及發生率較高。

台灣都會區機車排放廢氣中之致癌性PAHs，如Benzo[a]pyrene (BaP), Cyclopenta[cd]pyrene (CPP)等，總量遠超過其他國家。

空氣污染造成心臟病 希臘與法國進行兩項研究，死於心臟病的人或因心臟病發緊急送醫的病人，與柴油氣味有關。是造成心臟病患死亡率不斷增加的主要原因

1992～1997大雅典地區研究煙、二氧化硫、二氧化氮與一氧化碳，及因心臟病與中風而死亡的數據。心臟病死亡原因與空氣污染有極大的關係，每立方米中增加十微克的黑煙粒子，心臟病死亡人數就會增加4%。研究期間，雅典地區因心臟病死亡的人數平均每天35人。(雅典大學醫學院附屬第一心臟病醫院生物統計學家與流行病學家帕納吉歐泰柯斯)

法國2001～2002有關空氣污染與心臟病死亡人數的研究發現，當空氣污染提高時，一般的污染導致心臟病死亡比率增加160%，黑煙污染導致心臟病死亡比率增加250%。 http://news.yam.com/afp/science/news/200311/20031112145002.html

全球議題－酸雨

空氣中含有二氧化碳，因此未受污染雨之pH值約5.6，當空氣中含有酸性物質時，將造成雨水的 pH 值小於5.6，此即稱為酸雨。

酸雨的產生 工業上石化燃料如石油及煤等之使用。 當硫酸和雨水一起降臨於地上時，即成為酸雨。除了硫酸之外，亦有部份的酸雨來自於硝酸HNO3，約佔30%左右。

台灣的酸雨

全台酸雨機率52%

台北地區85%

高雄地區74%

都會區較易發生酸雨

(汽機車及工廠)

台灣25~30％之酸雨

來自境外輸入。

全台pH值表

全球議題－臭氧層破洞

氟氯碳化物CFCs：大量使用CF2Cl2為冷媒、噴霧推進器及發泡劑等

當CF2Cl2散逸到空氣中，經陽光分解出Cl原子，發生下列反應:

Cl + O3 → ClO + O2

ClO → Cl + O

O + O3 → 2O2

---------------------------------

2O3 → 3O2

使O3慢慢減少

臭氧總量

臭氧層單位為 DU，Dobson unit，將大氣各層所含的臭氧，換算成攝氏零度、一大氣壓下的厚度，1DU相當於0.01毫米

1979年十月，南半球上空臭氧總量，此時臭氧量最少的地方在南極洲上空，最小值為220 DU。

1995年十月，南半球總臭氧量明顯減少，特別是在高緯度地區。南極洲上空的臭氧總量已經減少到130 DU，約1979年的六成，臭氧總量大幅減少的地區比南極洲還大，面積是歐洲大陸的二倍！

臭氧破洞的影響

臭氧減少，地面紫外線增強，造成生物病變：

一、免疫系統受抑制－哺乳類動物照射紫外線， 加速皮膚癌及白內障。

二、植物生長受抑制－紫外線破壞葉綠素、造成 遺傳突變，果實驟減。

三、浮游生物生存及生長受抑制，海洋動物食物 鏈遭破壞。

四、造成氣象變異－臭氧層遭破壞會使氣候變暖 ，間接加強溫室效應。

全球議題－溫室效應

地球之長波輻射(10μm)

水蒸氣與二氧化碳等不吸收太陽輻射，但可吸收長波輻射。

重要之溫室氣體：二氧化碳(CO2=55%)、氟氯碳化物(CFCs=24%)、甲烷(15%)、氧化亞氮(N2O=6%)

溫室氣體之量若增

加，地表溫度將上

昇，將對全球氣候

產生影響。

四. 空氣污染與環境綠化

熱帶雨林（ tropical rainforest ）

熱帶雨林全年高溫(年均溫為26℃)。全年雨量分配平均，雨量高達 2000毫米以上，並無明顯的熱、冷季、雨季或旱季。

常年潮濕炎熱的環境中，樹林生長快速，因而構成品種複雜而茂密的熱帶雨林

http://ihouse.hkedcity.net/~hm1203/biosphere/trf-plant.htm

熱帶雨林（ tropical rainforest ）

功能： 調節氣候雨量功能

生物基因庫

食物來源

醫學研究功能

自然資源

孕育文化 http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/db/800px-tropical_wet_forests.png 熱帶雨林分布圖

城市綠化植物選擇

植物防治是防治環境污染的一條重要途徑，

在城市綠化的過程中我們須認真分析當地

環境污染的特點，避免植物品種單一，選

擇與之相適應的植物種類，做到因地適宜 。

（陳侈）

植物對SO2的去除（ 1/2 ）

對 SO2 抗性強的植物是吸收 SO2 後可以將有害的硫轉化為無毒的硫貯藏起來或者將同化為可以利用的物質。

實驗顯示，用 SO2 處理植物 15天後，有 2.5%的硫存在於游離氨基酸中；

5%存在於蛋白質中；

92.5%存在於硫酸鹽中。

這種轉化率愈高，則吸收 SO2 的 能力愈強，淨化大氣的能力愈顯著。（王占忠等，2004 ）

植物對SO2的去除（ 2/2 ）

吸硫能力較強的常見樹種（即 1g 幹葉能

吸收 10mg 以上硫）有垂柳、加楊、花

曲柳、山楂、洋槐、榆樹、蘋果、刺槐、

桃樹、 蘭桉、衛矛、丁香、棗樹、玫瑰、

水曲柳、新疆柳、水榆、夾竹桃等。 （王

占忠等，2004 ）

綠色植物的殺菌作用

在人口稠密區，應大量種植殺菌作用強的

綠化樹種，以減少細菌，保護人體健康。

油松、核桃、白皮松、雲杉、紫薇、側柏、

梧桐、茉莉、旱柳、花椒、毛白楊等樹種

均 是殺菌能力較強且適宜城市種植的樹種。

（陳侈）

綠色植物對光化學煙霧的淨化

在污染較嚴重的地區，栽植冬青、法國梧桐、連

翹、洋槐、刺槐、銀杏等植物，能起到減弱污染

的作用。

Hg 蒸氣對人體有明顯的毒害，但有些植物不僅

在汞蒸氣的環境下生長良好，不受危害， 並且能

吸收一部分的 Hg 蒸氣。棕櫚等有較強的富集

Hg 的能力。上海市某些地區測定以下 植物對汞

的吸收量分別為：棕櫚 84 （μg/g 幹重）、櫻

花 60、桑樹 60、大葉黃楊 52、八仙花 22、

美人蕉 19.2、紫荊 7.4、廣玉蘭 6.8、月桂

6.8、桂花 5.1、珊瑚樹 2.2。 （陳侈）

淨化室內空氣之植物（環保署）

現代人每天約有80%~90%的時間是在

室內度過。

在室內擺設綠色植物成為改善生活品質的

好方法，植物不僅可以美化空間，科學研

究更顯示栽培植物有助於放鬆心情、減少

壓力與疲勞感，且具實際改善日常活動空

間內落塵及有機揮發物質等功效。

落塵減量

臺大園藝系花卉研究室針對市售常見50 種室內植物進行研究，以250 mesh 過篩後的塵土均勻落於葉面上，將附著之塵土淋洗過濾並秤重，計算各種植物每單位葉面積(1 cm2)之最大滯塵量。

顯微鏡下的非洲菫葉面絨毛， 能減少室內落塵量

常見室內植物之單位葉面積滯塵量(mg/cm2)

參考資料

書籍 王明星(1992) 。大氣化學

游以德(2000)。環境生態學

曾昭衡 曾廣銓(1995) 。環境工程概論

網頁 National Weather Service

http://www.srh.noaa.gov/srh/jetstream/atmos/layers.htm

大氣科學概論 http://www.lib.ncu.edu.tw/~hong/atmhmpg/atmsci.htm

行政院環保署淨化室內空氣手冊 www.epa.gov.tw/upload/f/g0712.pdf

陳侈,城市綠化植物選擇http://www.paper.edu.cn

http://www.epa.gov.tw/upload/f/g0712.pdf