臭氧層的形成及耗損

1、臭氧層的形成與耗損臭氧層的形成與耗損 v在天際遨游時遙望地球，映入眼簾的是一個晶瑩透亮的球體，上面藍色和白色的紋痕相互交錯，周圍裹著一層薄薄的水藍色“紗衣”。地球，這位人類的母親，這個生命的搖籃，是那樣的美麗壯觀，和藹可親。但是南極臭氧洞的發(fā)現(xiàn) v70年代中期，美國科學家發(fā)現(xiàn)南極洲上空的臭氧層有變薄現(xiàn)象。80年代觀測發(fā)現(xiàn)，自每年9月份下旬開始，南極洲上空的臭氧總量迅速減少一半左右，極地上空臭氧層中心地帶，近90%臭氧被破壞，若從地面向上觀測，高空臭氧層已極其稀薄，與周圍相比象是形成了一個直徑上千公里的洞，稱為“臭氧洞”。v衛(wèi)星觀測表明，1987年10月，南極上空的臭氧濃度降到了1957年-19

2、78年間正常水平的一半，臭氧洞的面積擴大到足以覆蓋整個歐洲大陸。從那以后，臭氧濃度下降的趨勢在加快，空洞面積也在不斷擴大，1994年10月曾一度蔓延到南美洲最南端的上空。1998年，南極的臭氧空洞已經(jīng)擴大到2700萬平方公里，快接近三倍的中國國土面積。歷年來南極臭氧濃度最底值變化情況 歷年來南極臭氧洞的平均面積大氣臭氧層的形成O2 + hv O+ O（243nm)2O + 2O2 + M 2O3 + M總反應(yīng) : 3O2 + hv 2O3大氣臭氧層的作用 臭氧是地球大氣層中的一種藍色、有刺激性的微量氣體，是平流層大氣的最關(guān)鍵組成組分。大氣中90%的臭 氧 集 中 在 距 地 球 表 面 10

3、50Km的高度范圍內(nèi)，分布厚度約為1015Km，其平均密度約為910-8gL-1。盡管臭氧層在地球表面并不太厚，臭氧在大氣層中只占百萬分之幾，若在氣溫0 時，將地表大氣中的臭氧全部壓縮到一個標準大氣壓時，臭氧層的總厚度才不過 3 mm，總質(zhì)量不過30億t左右。就是這樣的一個臭氧層，卻吸收了來自太陽99的高強度紫外輻射，保護了人類和生物免遭紫外輻射的傷害。大氣中臭氧層現(xiàn)狀及發(fā)展v這是美國航空航天局用衛(wèi)星測繪出的南極臭氧層空洞，左圖是去年9月24日的臭氧層空洞圖像，雖然只有一個，但其面積比北美洲還大。右圖是今年9月24日的圖像，科學家首次發(fā)現(xiàn)臭氧層空洞居然一分為二，但總面積比去年減少了40%，科學

4、家認為這要歸因于南極洲氣溫的上升。v1987年10月，南極上空的臭氧濃度下降到了1957-1978年間的一半，臭氧洞面積則擴大到足以覆蓋整個歐洲大陸;v1994年10月觀測到臭氧洞曾一度蔓延到了南美洲最南端的上空1995年觀測到的臭氧洞的天數(shù)是77天;v1996年幾乎南極平流層的臭氧全部被破壞，臭氧洞發(fā)生天數(shù)增加到80天;v1997年至今，科學家進一步觀測到臭氧洞發(fā)生的時間也在提前;v1998年臭氧洞的持續(xù)時間超過100天，是南極臭氧洞發(fā)現(xiàn)以來的最長記錄，而且臭氧洞的面積比1997年增大約15%，幾乎可以相當三個澳大利亞的面積。v這一跡象表明，南極臭氧洞的損耗狀況正在惡化之這一跡象表明，南極臭

5、氧洞的損耗狀況正在惡化之中。中。v在我國青藏高原上空，科學家們發(fā)現(xiàn)，每年夏季（5-8月）出現(xiàn)明顯的臭氧異常低值中心，該中心逐年在加深，平均每年遞減率達0.35%。v2000年1-3月期間，北極上空臭氧層耗損曾經(jīng)達到60%，是歷史上該地區(qū)臭氧層耗損的最高水平。v當南極的春季來臨（九月下旬），陽光照射冰云，冰晶融化，釋放吸附的氯氟烴類物質(zhì)。在紫外線的照射下，分解產(chǎn)生氯原子，與臭氧反應(yīng)，形成季節(jié)性的“臭氧空洞”。v因為北極沒有極地大陸和高山，僅有一片海洋冰帽，形不成大范圍的強烈的“極地風暴”，所以不易產(chǎn)生象南極那樣大的臭氧洞。但是，北極上空的臭氧在不斷地減少。 臭氧空洞的成因v臭氧層損耗臭氧層損耗是

6、臭氧空洞的真正成因。v臭氧層是如何耗損的呢？是什么原因?qū)е鲁粞鯇拥钠茐哪?？科學家認為，臭氧急劇耗損不是由已知的自然現(xiàn)象引起的，而是人為的活動起決定性的作用。是某些人類活動所散發(fā)的物質(zhì)進入臭氧層，引起臭臭氧的損耗。氧的損耗。 v這些物質(zhì)有含氯氟烴類、有機溴化合物、氧化亞氮及超音速飛機排放氮氧化物、甲烷、水汽和二氧化碳等。 v人為消耗臭氧層的物質(zhì)主要是：v廣泛用于冰箱和空調(diào)制冷、泡沫塑料發(fā)泡、電子器件清洗的氯氟烷烴（CFxCl4-x，又稱Freon）v用于特殊場合滅火的溴氟烷烴（CFXBr4-x，又稱Halons哈龍）等化學物質(zhì)。 v氯氟烴類物質(zhì)，由于性質(zhì)穩(wěn)定、不易燃燒、易于儲存、價格便宜而被廣泛

7、用作致冷劑、噴霧劑、發(fā)泡劑及清洗劑等。日常生活的許多方面，如吸煙、家用電器、沙發(fā)、冰箱、空調(diào)使用等都涉及到氯氟烴類物質(zhì)的使用。 v氯氟烴類物質(zhì)化學穩(wěn)定性好，壽命長，不易在對流層分解，擴散入臭氧層，受到短波紫外線的輻射，分解出氯原子自由基。v由哈龍等有機溴化合物（主要用做消防滅火劑，大棚種植蔬菜用到甲基溴做薰土劑，干洗衣服也用到含溴化合物）釋放的溴原子對臭氧的破壞力是氯原子的30-60倍，它也是臭氧損耗的“罪魁禍首”。臭氧的消耗過程 其一為光解 主要是吸收波長為210nm290nm的紫外光的 光解： 03+hv02+O 此過程就是臭氧層吸收了來自太陽的大部分紫外光，從而使地面生物不受其傷害的原因

8、。另一消耗過程為：03+O202臭氧層破壞的催化過程Y+O3 YO+O2YO+O Y +O2Y物種有：NOX（NO、NO2） HOX（HO、HO2） ClOX（Cl 、 ClO ）總反應(yīng) ： O O3 2O2CFxCl4-xhvCFxCl3-xCl Cl O3ClO O2 ClO O Cl O2總反應(yīng)式為： O O3 2O2CFxBr4-xhvCFxBr3-xBr Br O3BrO O2 BrO O Br O2 總反應(yīng)式為： O O3 2 O2v近年來的研究發(fā)現(xiàn)，核爆炸、航空器發(fā)射、超音速飛機將大量的氮氧化物注入平流層中，也會使臭氧濃度下降。 vNO對臭氧層破壞作用的機理為： O3NONO2O

9、2NO2O NOO2 總反應(yīng)式為：O O32O2v平流層中的HOX主要是由H2O、CH4或H2與O2而生成的：H2O+O 2HO CH4+O CH3+HO H2+O H +HO vHO破壞O3的機理為：HO O3HO2 O2O HO2HO O2 總反應(yīng)式為：OO32O2vCFCl3 hvCFCl2+Cl vCF2Cl2hvCF2Cl+Cl vCl破壞O3的機理為：Cl O3 ClO O2ClO O Cl O2 v總反應(yīng)式為：OO32O2v氯原子自由基作為催化劑與臭氧反應(yīng)，就象一輛輛“運運”臭氧的車子，不斷地來回搬運臭氧，臭氧在不斷減少，而氯原子卻不見消耗。一個氯原子自由基能夠消耗十萬個臭氧分子

10、。臭氧空洞的危害v臭氧層中的臭氧能吸收200300 nm的陽光紫外線輻射，因此臭氧空洞可使陽光中紫外輻射到地球表面的量大大增加，從而產(chǎn)生一系列嚴重的危害v波長等于290320nm的輻射段稱為紫外線B段（即B類紫外線） vB類紫外線灼傷稱為B類灼傷(紅斑病);v能損耗皮膚細胞中遺傳物質(zhì)，導(dǎo)致皮膚癌; v可對眼睛造成損壞，導(dǎo)致白內(nèi)障;v抑制人類和動物的免疫力 ,降低人類對一些疾病包括癌癥、過敏癥和一些傳染病的抵抗力 ; v會對自然生態(tài)系統(tǒng)和作物造成直接或間接的影響 :vB類紫外輻射對20米深度以內(nèi)的海洋生物造成危害，會使浮游生物、幼魚、幼蟹、蝦和貝類大量死亡 ;v會造成某些生物減少或滅絕 ,引起海

11、洋生態(tài)系統(tǒng)的破壞 ;v會損害浮游植物 ,使溫室效應(yīng)加劇 ;v還將引起用于建筑物、繪畫、包裝的聚合材料的老化，使其變硬變脆，縮短使用壽命等 ;v另外，臭氧層臭氧濃度降低紫外輻射增強，反而會使近地面對流層中的臭氧濃度增加，尤其是在人口和機動車量最密集的城市中心，使光化學煙霧污染的機率增加。v當臭氧層中的臭氧量減少到正常量的1/5時，將是地球生物死亡的臨界點。 修補臭氧層的措施v1985年 ，由聯(lián)合國環(huán)境署發(fā)起21個國家的政府代表簽署了保護臭氧層維也納公約保護臭氧層維也納公約 ；v1987年9月，36個國家和10個國際組織的140名代表和觀察員在加拿大蒙特利爾集會，通過了大氣臭氧層保護的重要歷史性文

12、件關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書；v1990年通過關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書倫敦修正案 ；v1992年通過了哥本哈根修正案哥本哈根修正案 ；v1995年起，每年的9月月16日為日為“國際保護臭氧層日國際保護臭氧層日” v1989年 ，中國加入了保護臭氧層維也納公約v參與了歷次的保護臭氧層維也納公約和關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書締約國會議 v1991年加入了修正后的關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書 v1991年成立了保護臭氧層領(lǐng)導(dǎo)小組，開始編制并完成了中國消耗臭氧層物質(zhì)逐步淘汰國家方案 v1999年7月1日凍結(jié)了氟利昂的生產(chǎn)，并將于2010年前全部停止生產(chǎn)和使用所有消耗臭氧層物質(zhì)。v