第三章-臭氧層損耗

1、1,第三章 臭氧層損耗,2,主要內(nèi)容,一、女媧補天與生物大滅絕 二、臭氧層 三、 臭氧層破壞 四、 南極臭氧洞的形成的機制 五、臭氧層破壞的后果及保護,3,引言,傳說盤古開天用四根“不周山”大柱子支撐天地。共工與顓頊爭奪帝位，將不周山撞倒，天地裂了一條大縫。 女媧在高山上架起神火，煉了36501塊五彩石把天的裂縫補了起來，砍大鰲腿支撐天，從此天地就永久牢固了。女媧補天的傳說，今天竟成為現(xiàn)實天，真的裂了！,女媧補天,4,一、女媧補天與生物大滅絕,一般認為，地球上的生物曾經(jīng)出現(xiàn)過五次大滅絕，分別在奧陶紀（4.8億年）、泥盆紀（3.5億年）、二疊紀（2.5億年）、三疊紀（2.02億年）和中生代（65

2、00萬年）。 奧陶紀、泥盆紀（伽馬射線說 ）；二疊紀（火山大爆發(fā)說）三疊紀和中生代的恐龍大絕滅（小行星撞擊地球） 一系列地球歷史上發(fā)生的自然現(xiàn)象與女媧補天的景象很吻合。,5,恐龍大絕滅的一些證據(jù),美國科學家盧安貝克爾在三疊紀巖層中找到了俗稱“巴克球”的“碳六十”物質痕跡，它通常只存在于地球之外的宇宙中。,碳六十模型圖,6,世界十大隕石坑,墨西哥?？颂K魯伯隕石坑 加拿大曼尼古根隕石坑 塔吉克斯坦喀拉庫爾湖 加拿大清水湖 加拿大米斯塔斯汀湖,澳大利亞戈斯峭壁 乍得湖奧隆加隕石坑 加拿大深水灣 加納博蘇姆推湖 美國亞利桑那州巴林格隕石坑,墨西哥尤卡坦半島發(fā)現(xiàn)的直徑約180千米的希克蘇魯伯隕石坑也形成

3、于白堊紀，這讓科學家認為，隕石坑就是小行星撞擊地球的產(chǎn)物。,位于亞利桑那州溫斯洛附近的巴林格隕石坑,墨西哥?？颂K魯伯隕石坑,8,美國亞利桑那州流星隕石坑,亞利桑那州流星隕石坑成為世界上首個得到證實的隕石坑,9,澳大利亞沃爾夫溪隕石坑,10,澳大利亞戈斯峭壁隕石坑,11,Wetumpka隕石坑是由隕石撞擊作用形成的，約5英里寬。大約8200萬年前，一個大隕石撞到了阿拉巴馬州蒙哥馬利市北部的淺海，形成了今天地球上保存最好的海洋隕石坑。,美國阿拉巴馬州Wetumpka隕石坑,12,美國猶他州的隆頂,13,加拿大魁北克匹硅魯伊特隕石坑,14,加拿大魁北克清水湖,15,乍得湖奧隆加隕石坑,16,K-T邊

4、界（K-T boundary），意思是白堊紀-第三紀界限的標記線。下層巖石中含有豐富的恐龍化石，但在K-T邊界以上，恐龍消失了。 K-T邊界巖石中含有銥，在地球中的平均含量只有十億分之一。然而K-T邊界層中的銥含量是正常含量的200倍。 太空中的銥含量比地球高出1千倍。 人們還在這層白色巖石中找到了沖擊石英的證據(jù)。,K-T 邊界,17,平流層中最重要的化學組分就是臭氧。在平流層集中了大氣中90%的臭氧。 臭氧的生成和消耗機制: 生成 O2 + h( 240nm) O + O O2 + O O3 消耗 2 O3 + h 3O2 Y+O3 YO + O2 YO + O Y + O2 O3 + O

5、2O2,二、 臭氧層,18,O3,每升高100m，氣溫降低0.65,紫外線的強烈照射，N2和O2產(chǎn)生不同程度的離解,高度（km),臭氧層在大氣中的分布,19,三、 臭氧層破壞,英國住南極考察站的科學家法曼（Farman）等人報道了該考察站自1975年起每年早春（10月份）的臭氧觀測結果，該地區(qū)的總臭氧在這一時期會減弱30%。 80年代，距地10-55km的南極出現(xiàn)臭氧洞，1987年，北極也出現(xiàn)。,20,近幾年臭氧洞的深度和面積仍在繼續(xù)擴展，1998年臭氧洞的持續(xù)時間超過了100天，是南極臭氧洞發(fā)現(xiàn)以來的最長記錄，而且臭氧洞的面積也在擴大，相當于3個澳大利亞。 2000.9.3南極上空2830萬

6、km2（中國面積2倍多、美國3倍），今后20年，臭氧層處于最脆弱狀態(tài)。 我國青藏高原上空也存在一個相對周圍地區(qū)濃度較低的區(qū)域。,21,2006年10月20日，一幅由美國宇航局提供的衛(wèi)星圖片顯示，代表臭氧空洞的藍色區(qū)域正日益擴大，目前已達創(chuàng)紀錄的2745萬平方公里。,22,美國宇航局日前宣布， 2007年南極上空的臭氧層空洞面積為2512萬平方公里，比北美洲面積略大。 2008年9月曾達到2720萬平方公里，為有記錄以來面積第五大的臭氧層空洞。 2009年9月底，南極臭氧空洞面積達到該年最大值。根據(jù)美國海洋和大氣管理局（ NOAA）的衛(wèi)星數(shù)據(jù)觀測資料，南極臭氧空洞面積約2392萬平方公里），只比

7、北美洲面積略小。這也是自1979年以來有衛(wèi)星觀測以來臭氧空洞面積第10大。,23,四、 南極臭氧洞的形成的機制,大部分人認同的理論： 人為活動的影響如氯化物的排放進入大氣平流層層。,24,CFCs簡介,CFCs簡介,化學名稱氯氟烴，商業(yè)名稱氟利昂，根據(jù)氯氟烴的英文名稱Chloro-fluoron-carbon，取其字頭組成縮寫CFC， 用CFC代碼作為氯氟烴的統(tǒng)稱。在CFC后標以化合物代碼，可以代表不同的氯氟烴，如 CFC-11三氯一氟甲烷 CFC-12二氯二氟甲烷 CFC-1131，1，2-三氯-1，2，2-三氟乙烷 氟利昂以前大量用于冰箱空調制冷劑、有機溶劑、氣霧劑等。,25,臭氧層被破壞

8、的原因,臭氧層4億年前形成，之后基本未遭破壞，直至上世紀。 含“氯”和含“溴”的人工化學品的排放 消耗臭氧層物質（ODS）共6類96種，中國有6類16種，包括： 全氯氟烴 (CFCs)，哈龍，四氯化碳，甲基氯仿，甲基溴，含氫氯氟烴(HCFCs),用途：制冷劑、發(fā)泡劑、清洗劑、滅火劑、 氣霧劑、煙絲膨脹劑、化工助劑、殺蟲劑,26,南極臭氧空洞形成機理,為了查實和弄清臭氧層耗減及臭氧空洞形成的原因 ，美國宇航局(NASA)牽頭組織了數(shù)十個科學家于1986年和1987年的911月，兩次赴南極進行臭氧探險活動，尋求揭示臭氧空洞形成的機理。在第二次探險中獲得了有效的探測結果， 由此推理出臭氧空洞形成的機

9、理。,27,臭氧破壞機理示意圖,28,氟氯烴破壞臭氧的化學反應歷程,CFC Cl Cl+O3 ClO+O2 O2 2O O+ClO Cl+O2,光分解,光分解,29,1995年諾貝爾化學獎人類活動影響平流層臭氧研究,左：Paul Crutzen（荷蘭） 中：Mario Molina（墨西哥） 右：F.SheRwood Rowland（美國）,30,20多年前， Paul Crutzen“第一次把臭氧問題擺在人們的面前”，他指出人類活動釋放的少量物質能夠損害全球范圍的臭氧，把平流層的研究引導上正確的道路。 Mario Molina和 Rowland作了卓越的預測少量的氯氟烴類能夠在平流層以催化的

10、方式耗損大量的臭氧。 經(jīng)過20多年科學界不斷深入的研究，越來越多的事實證實了他們的理論。 1995年，他們共同分享了諾貝爾化學獎。這是有史以來諾貝爾化學獎第一次進入環(huán)境化學領域。,1995年諾貝爾化學獎人類活動影響平流層臭氧研究,31,臭氧層空洞為什么只出現(xiàn)在南極？,南極冬天的極夜會有極地渦旋，阻止臭氧補充到南極上空 。 在冬天，零下80度的低溫使水汽形成冰晶云。冰晶不斷吸收氯氟烴氣體，在其表面聚集。 春季（9月）來臨，陽光照射下冰晶云升溫，氯氟烴氣體迅速釋放。而氯氟烴分子在紫外線照射下開始釋放氯原子氯原子大量損耗臭氧而出現(xiàn)臭氧洞。 春天，太陽出來了，冰晶云化了， “非均向化學反應” 交界面消

11、失了，反應也就停止了。臭氧空洞逐漸彌合。,32,五、臭氧層破壞的后果及保護,太陽光中的紫外線可劃分為： UV-A（315400nm） UV-B（280315nm） UV-C（280nm以下） 三個波段中UV-B輻射對生物有較大的 傷害。而阻擋UV-B輻射的就是臭氧。,太陽光組成：紅外光50%；可見光40%；紫外光10%；其余部分1%；,33,臭氧層破壞的后果,對人體健康的影響 對陸生植物的影響 對水生生態(tài)系統(tǒng)的影響 對生物化學循環(huán)的影響 對材料的影響 對對流層大氣組成及空氣質量的影響,34,對人類健康的影響 DNA改變，免疫機制減退 麻疹、水痘、皰疹、細菌感染、真菌感染等 皮膚癌 基底細胞癌、

12、 鱗狀皮膚癌 惡性黑色素瘤 白內(nèi)障 1%臭氧層的減少，將增加11.5萬白內(nèi)障,臭氧層破壞的后果,35,對陸生植物的影響 減少產(chǎn)量-如豆類、瓜類、卷心菜類 改變遺傳基因和再生能力 降低品質 對水生物的影響 減少浮游生物 影響海洋食物鏈 危害魚、蝦等動物的早期發(fā)育 對城市環(huán)境和建筑材料的影響 光學化學煙霧污染 聚合物材料老化,36,臭氧層的保護,主要是控制CFCS的使用。 目前各國都在加緊替代物品的開發(fā)，從長遠看，采用生物圈中固有的、對環(huán)境不起任何破壞作用的物質是制冷劑發(fā)展的方向。,37,氟里昂替代品,氟里昂的替代物技術是一項較大的系統(tǒng)工程，須都做到了替代物生產(chǎn)技術與配套技術同步開發(fā)。 例如英國I

13、CI公司1990年底建成了世界上第一家HFC134a生產(chǎn)廠，與此同時，配套的壓縮機、潤滑油以及充裝HFC134a的冰箱等也相繼投放市場。 HFC134a仍是目前綜合性能最好、配套技術最完善、應用最成熟的制冷劑替代物。,38,HFC134a：化學名稱為 1，1，1，2四氟乙烷，簡稱HFC134a或R134a。無毒、無味、無色、不燃、不爆、熱穩(wěn)定性好等特點，化學性質十分穩(wěn)定。 與CFC12相比，其ODP(即消耗臭氧潛能值)為0，且制冷能力相當，是一種理想的氟里昂替代物。 HFC134a目前已廣泛應用于汽車空調、冰箱等行業(yè)的制冷劑，并可用做醫(yī)藥、農(nóng)藥、化妝品、清洗等產(chǎn)品的氣霧推進劑和阻燃劑、發(fā)泡劑等

14、。 是全球公認的新型氟里昂替代物，已在西方國家得到廣泛使用。,氟里昂替代品,39,臭氧層的保護,國際公約(補天行動)： 1985年保護臭氧層維也納公約 1987年關于消耗臭氧層物質的蒙特利爾議定書 1990年倫敦修正案 1992年哥本哈根修正案 1999年北京修正案（北京宣言）,40,北京修正案,1999年11月29日至12月3日關于消耗臭氧層物質的蒙特利爾議定書締約方大會第十一次會議在京舉行，發(fā)表了北京宣言。 發(fā)展中國家將進入實質性履約階段, 根據(jù)議定書的規(guī)定，1999年發(fā)展中國家將進入實質性履約階段，即從1999年7月1日起，將其生產(chǎn)和消費的氟里昂凍結在1995年1997年三年平均水平上。

15、,41,42,臭氧層的保護,歐盟及一些經(jīng)濟轉軌國家： 環(huán)境管制（禁用、限制、配額和技術標準等） 美國等： 經(jīng)濟手段（征稅、交易許可證），美國、歐洲國家2000年停產(chǎn)氟里昂 我國: 2006年，2010年分別停產(chǎn)halon-1211和halon- 1301,43,關于蒙特利爾議定書,形成背景 南極臭氧洞，科學研究 1985年簽署維也納公約 1987年達成蒙特利爾議定書 發(fā)展 四個修正案，6次調整， 1990年，倫敦修正案，成立多邊基金 原則：“共同但有區(qū)別的責任原則”“污染者付費”,44,國際法蒙特利爾議定書,規(guī)定了受控物質種類： CFC,哈龍,四氯化碳,甲基氯仿,甲基溴，HCFC 規(guī)定了受控物

16、質生產(chǎn)和消費的基準數(shù)量 規(guī)定了受控物質的淘汰時間表 對貿(mào)易進行控制，要求建立進出口許可證系統(tǒng) 要求各締約方報告年度生產(chǎn)、使用和進出口的數(shù)據(jù) 建立了公約運行機制，建立了資金支持機制,45,多邊基金,基本原則 ：“共同但有區(qū)別的責任”、“污染者付費” 執(zhí)行方式：單個項目、行業(yè)計劃、國家方式 資助范圍：工業(yè)轉換、技術援助、培訓以及能力建設等 實施機構：聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署（UNEP）、聯(lián)合國開發(fā)計劃署（UNDP）、世界銀行（WB）和聯(lián)合國工業(yè)發(fā)展組織（UNIDO） 主要成效：22億美元，覆蓋139個國家、5000個項目,46,蒙特利爾議定書主要成就,全球參與：在2009年，蒙特利爾議定書成為聯(lián)合國歷史上

17、第一個被所有主權國家批準生效的條約， 展示了世界保護臭氧層的決心，或者更廣義的說，對全球環(huán)境的保護的決心。20年后，已淘汰95%的ODS。 臭氧層有恢復的跡象：臭氧層應該在本世紀中葉恢復到1980年以前的水平。 支持發(fā)展中國家：在“執(zhí)行蒙特利爾議定書多邊基金”的支持下，發(fā)展中國家在2010年年中已永久性地淘汰了27萬噸過去被用來生產(chǎn)各種產(chǎn)品的臭氧消耗物質，并已幾乎完全消除氟氯碳化合物和哈龍的生產(chǎn)。,47,蒙特利爾議定書主要成就,高履約率：達到98以上的遵約率。許多發(fā)達國家和發(fā)展中國家都已提前達到其淘汰目標。 對健康的益處：使全球避免了上百萬皮膚癌和白內(nèi)障。美國：2065年，避免630萬皮膚癌死

18、亡，節(jié)約4.2萬億美元健康支出。 對氣候變化的益處：產(chǎn)生巨大的氣候效益。1990-2000年期間已經(jīng)減少了250億噸二氧化碳當量。 2010年淘汰工作里程碑：所有締約方已于2010年1月1日完全淘汰了對氟氯碳化合物、哈龍、四氯化碳和其他充分氫化的臭氧消耗物質的消費和生產(chǎn)。 被聯(lián)合國前秘書長科菲安南譽為“迄今為止最成功的國際公約”,48,我國履行議定書的情況,中國1991年加入蒙特利爾議定書倫敦修正案，2003年加入哥本哈根修正案。 中國消耗臭氧層物質生產(chǎn)和消費量約占發(fā)展中國家的50%。 國務院1991年批準中國逐步淘汰消耗臭氧層物質國家方案，1999年批準更新的國家方案。,49,1999年，蒙

19、特利爾議定書第十一次締約方大會在北京召開，國家主席江澤民出席大會。,50,我國履行議定書的情況,中國ODS淘汰涉及的行業(yè) 生產(chǎn)行業(yè)（主要為五類11種物質） CFCs、哈龍、四氯化碳（CTC)、甲基氯仿(TCA)、甲基溴(Methyl Bromide) 消費行業(yè)（10個消費行業(yè)） 泡沫、家用制冷、工商制冷、汽車空調、清洗、消防、煙草、氣霧劑、助劑、甲基溴消費（農(nóng)業(yè)、糧儲、煙草）,51,我國履行議定書的情況,我國共獲得多邊基金批準單個項目400多個，實施行業(yè)計劃16個，贈款8億多美元。 已成功削減公約規(guī)定的五大類12種ODS物質的生產(chǎn)和消費量的85%（相對于基線水平）。 迄今為止，作為發(fā)展中國家中

20、消耗臭氧層物質最大的生產(chǎn)和消費國，我國沒有出現(xiàn)任何不履約的情形。 通過實施多邊基金項目,推動我國相關產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。,52,2007年7月1日，全面淘汰CFCs和哈龍，提前兩年半完成第一階段履約目標,1、成功削減85%的ODS，獲得國際社會高度評價,53,2007年，國家環(huán)境保護總局獲聯(lián)合國“優(yōu)秀實施獎”，圖為張力軍副部長代表中國政府領獎,54,成立了國家保護臭氧層領導小組- 18個部委 成立了ODS履約辦公室 -由污控司、國際司、外經(jīng)辦構成，法規(guī)司、環(huán)監(jiān)局等發(fā)揮重要作用 國家ODS進出口管理辦公室 -環(huán)保部、商務部、海關總署,2、建立完善管理機制,55,3、政策法規(guī)建設取得顯著進展,-法律：大氣

21、污染防治法 -法規(guī)：正在制定消耗臭氧層物質管理條例 -國家產(chǎn)業(yè)政策：產(chǎn)業(yè)結構調整指導目錄（2005年版） -生產(chǎn)管理制度：禁止新改擴建、生產(chǎn)配額許可證制度 -進出口管理制度：進出口配額許可證 -消費管理制度：配額許可證、行業(yè)禁令,56,3、政策法規(guī)建設取得顯著進展,57,4、政府、企業(yè)、公眾意識有了顯著提高,開展了大量的宣傳培訓活動 “9.16國際臭氧日”慶?；顒?地方政府培訓戰(zhàn)略 地方環(huán)保局，各級海關，質檢總局 中國保護臭氧層期刊（142期） 中國保護臭氧層網(wǎng)站 臭氧友好的奧運會,58,5、實現(xiàn)“環(huán)境保護”和“經(jīng)濟發(fā)展”的雙贏,通過引進發(fā)達國家先進技術提高了企業(yè)技術水平 通過實現(xiàn)ODS改造打

22、破了貿(mào)易壁壘，促進了產(chǎn)品出口 帶動了替代品產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,59,法律法規(guī)不健全，懲罰力度弱 監(jiān)管工作任務重（非法生產(chǎn)、非法使用、非法貿(mào)易） 地方履約能力建設薄弱 HCFCs淘汰的挑戰(zhàn) 替代品和替代技術的開發(fā)、建設和推廣,當前履約工作面臨的困難和挑戰(zhàn),60,杜邦公司 氟里昂 臭氧空洞,杜邦公司在美國特拉華州的 總部大樓,歷史上的氟利昂,五 臭氧層空洞問題的爭論,61,氟里昂在工業(yè)上、生活中被廣泛使用,62,正像20世紀80年代南極臭氧洞擴大現(xiàn)象匆匆而來，21世紀初南極臭氧洞擴大現(xiàn)象為何又匆匆而去？ 氟利昂破壞臭氧的理論面臨新的考驗？,臭氧層空洞問題的爭論,63,臭氧空洞近年的觀測結果,1. 1978

23、-2000年快速擴大； 22002-2004年快速縮??； 3. 2006年2745萬平方公里，有史以來較大的臭氧層空洞； 4. 2007年2512萬平方公里，面積和深度上都相對較小。 5. 2008年9月達到2720萬平方公里。 6. 2009年9月底約2392萬平方公里。,臭氧層空洞問題的爭論,64,臭氧層空洞問題的爭論,人類已經(jīng)把 1500 萬噸以上的氯氟烴排放到大氣中。 事實與氟里昂理論的預測完全相反： 從2000年南極臭氧洞的最大面積2830萬平方公里，到2004年南極臭氧洞最小面積1200萬平方公里，只用了四年的時間。,65,臭氧層空洞問題的爭論,南極臭氧洞成因有多種假設，其中主要有

24、： a、與太陽活動周期有關的自然現(xiàn)象 b、火山活動的影響 c、當?shù)靥鞖鈩恿W過程的影響 d、人為活動的影響如氯化物的排放進入大氣平流層,66,臭氧層空洞問題的爭論,南極臭氧洞與拉馬德雷現(xiàn)象的關系 太平洋十年濤動亦稱“拉馬德雷”現(xiàn)象,是美國海洋學家斯蒂文黑爾于1996年發(fā)現(xiàn)的，在氣象和海洋學上被稱為“太平洋十年濤動”（PDO） “拉馬德雷”和“厄爾尼諾”、“拉尼娜”現(xiàn)象有著極其密切的關系，被喻為“厄爾尼諾”和“拉尼娜”的“母親” 。,67,“拉馬德雷”是一種高空氣壓流，分別以“暖位相”和“冷位相”兩種形式交替在太平洋上空出現(xiàn)，每種現(xiàn)象持續(xù)20年至30年。近100多年來，“拉馬德雷”已出現(xiàn)了兩個完

25、整的周期。,68,如果 “暖位相”的“拉馬德雷”與“厄爾尼諾”相遇，將使其更強烈； 在1978-2000年南極臭氧洞快速增大時期，正處于拉馬德雷現(xiàn)象的暖位相； 在1957-1976年和2002-2004年南極臭氧洞快速收縮時期，正處于拉馬德雷現(xiàn)象的冷位相。,臭氧層空洞問題的爭論,69,相關鏈接,1889年以來，全球大于等于8.5級的地震共21次。 1889-1924年 “冷位相”發(fā)生6次， 1925-1945年“暖位相”發(fā)生1次， 1946-1977年“冷位相”發(fā)生11次， 1978-2003年“暖位相”發(fā)生0次， 2004-2008年“冷位相”已發(fā)生3次。 規(guī)律表明，拉馬德雷冷位相時期是全球

26、強震的集中爆發(fā)時期和低溫期。2000年進入了拉馬德雷冷位相時期，2000-2035年可能是全球強震爆發(fā)時期。,70,2006年以來南極臭氧空洞創(chuàng)紀錄的原因淺析,臭氧層空洞問題的爭論,71,美國宇航局觀測到，從2006年7月到10月，南極上空的臭氧總量急劇下降了69%；在9月21日至30日之間，南極臭氧空洞的范圍達到創(chuàng)紀錄的2745萬平方公里。,72,澳大利亞氣象學家E.布賴恩特等指出，形成南極“臭氧洞”的理論看似完美無缺，其實也存在不確定性，火山噴發(fā)等也會造成臭氧層破壞。,原因1：火山噴發(fā),臭氧層空洞問題的爭論,73,2006年10月7日，巴布亞新幾內(nèi)亞的新不列顛島上的塔弗爾火山噴出大量火山灰。,74,幾次大的火山噴發(fā),坦博拉火山和喀拉喀托火山分別在1815年和1883年噴發(fā)，向大氣釋放了2.11104t和3.6106t氯。 1982年墨西哥厄爾沖火山的噴發(fā)使臭氧的總量減少了2%。 1991年6月發(fā)生的皮納圖博火山大噴發(fā)在3-6個月就使臭氧減少了20%。,75,原因2：溴的增加,英國劍橋大學Dr.XinYANG博士提出了溴的增加是導致對流層臭氧