臭氧層空洞的成因,解決方法和目前的進(jìn)展

1、臭氧層空洞的成因,解決方法和目前的進(jìn)展1984年，英國科學(xué)家法爾曼等人在南極哈雷灣觀測站發(fā)現(xiàn)：在過去 10 15 年間，每到春天南極上空的臭氧濃度就會減少約 30%，極地上空的中心地帶有近 95% 的臭氧被破壞。從地面上觀測，高空的臭氧層已極其稀薄，與周圍相比像是形成一個“洞”， “臭氧洞”由此而得名，這是人類歷史上第一次發(fā)現(xiàn)臭氧空洞，當(dāng)時(shí)觀察此洞覆蓋面積只有美國的國土面積那么大。臭氧空洞越來越大，危害越來越嚴(yán)重，已經(jīng)逐漸引起了全社會的重視。那么，地球大氣中臭氧層的作用是什么，現(xiàn)狀如何，臭氧空洞是如何形成的，對人類及地球有何危害呢，有沒有補(bǔ)救的措施？現(xiàn)簡單介紹如下。 1、大氣臭氧層的作用 臭氧

2、層中的臭氧是在離地面較高的大氣層中自然形成的，其形成機(jī)理是： O2 hvOO (高層大氣中的氧氣受波長短于242nm的紫外線照射變成游離的氧原子)； O2O =O3 （有些游離的氧原子又與氧氣結(jié)合就生成了臭氧，大氣中 90%的臭氧是以這種方式形成的）； O3是不穩(wěn)定分子，來自太陽的短于1140nm射線照射又使O3分解，產(chǎn)生O2分子和游離O原子，因此大氣中臭氧的濃度取決于其生成與分解速度的動態(tài)平衡。 太陽是一個巨大的熱體，表面溫度高達(dá)6000，是地球取之不盡的能量來源。但太陽輻射的紫外光中有一部分能量極高，如果到達(dá)地球表面，就可能對地球生物的生存造成無法挽回的影響然而，自然的力量改變了這一過程，

3、地球的大氣層就像一個過濾器，一把保護(hù)傘，將太陽輻射中的有害部分阻擋在大氣層之外，使地球成為人類可愛的家園。而完成這一工作的，就是今天已經(jīng)婦孺皆知的“臭氧層”。 臭氧是地球大氣層中的一種藍(lán)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 50Km的高度范圍內(nèi)，分布厚度約為1015Km，其平均密度約為9×10-8g.L-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(shí)，將地表大氣中的臭氧全部壓縮到一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時(shí)，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

4、高強(qiáng)度紫外輻射，保護(hù)了人類和生物免遭紫外輻射的傷害?？梢院敛豢湓诘卣f，地球上的一切生命就像離不開水和氧氣一樣離不開大氣臭氧層，大氣臭氧是地球上一切生靈的保護(hù)傘。 2、大氣中臭氧層現(xiàn)狀及發(fā)展 美國國家宇航局（NASA）的科學(xué)家前不久宣布，到2000年10月，南極上空臭氧洞的面積大約為2900萬平方英里，這是迄今為止觀測到臭氧空洞的最大面積。從NASA發(fā)布的圖片上可以看到，臭氧洞像一個大的藍(lán)水滴，完全罩在南極的上空，并延伸到南美的南端。 臭氧空洞增大的速度是驚人的，特別是近年來南極上空的臭氧空洞有惡化的趨勢。根據(jù)全球總臭氧觀測的結(jié)果表明，在過去10-15年間，每到春天南極上空平流層的臭氧都會發(fā)生急

5、劇的大規(guī)模耗損。臭氧洞可以用一個三維的結(jié)構(gòu)來描述，即臭氧洞的面積、深度及延續(xù)時(shí)間。1987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(kuò)大到足以覆蓋整個歐洲大陸。從那以后，臭氧濃度下降的速度還在加快，有時(shí)甚至減少到只剩30%，臭氧洞的面積也在不斷擴(kuò)大。1994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。近年臭氧洞的深度和面積等仍在繼續(xù)擴(kuò)展，1995年觀測到的臭氧洞的天數(shù)是77天，到1996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。1997年至今，科學(xué)家進(jìn)一步觀測到臭氧洞發(fā)生的時(shí)間也在提前，1998年臭氧洞的持續(xù)時(shí)間超過100天，是

6、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(dāng)三個澳大利亞的面積。這一跡象表明，南極臭氧洞的損耗狀況正在惡化之中。 目前，不僅在南極，在北極上空也出現(xiàn)了臭氧減少的現(xiàn)象，美、日、英、俄等國家聯(lián)合觀測發(fā)現(xiàn)，北極上空臭氧層也減少了 20%，已形成了面積約為南極臭氧空洞三分之一的北極臭氧空洞。在被稱為是世界上“第三極”的青藏高原，中國大氣物理及氣象學(xué)者的觀測也發(fā)現(xiàn)，青藏高原上空的臭氧正在以每 10 年 2.7% 的速度減少，已經(jīng)成為大氣層中的第三個臭氧空洞。 3、臭氧空洞的成因 臭氧層損耗是臭氧空洞的真正成因，那么，臭氧層是如何耗損的呢？人類活動排入大氣中的一些物

7、質(zhì)進(jìn)入平流層與那里的臭氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，就會導(dǎo)致臭氧耗損，使臭氧濃度減少。 人為消耗臭氧層的物質(zhì)主要是：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），以及用于特殊場合滅火的溴氟烷烴（CFXBr4-x，又稱Halons哈龍）等化學(xué)物質(zhì)。 消耗臭氧層的物質(zhì)，在大氣的對流層中是非常穩(wěn)定的，可以停留很長時(shí)間，如CF2C12在對流層中壽命長達(dá)120年左右。因此，這類物質(zhì)可以擴(kuò)散到大氣的各個部位，但是到了平流層后，就會在太陽的紫外輻射下發(fā)生光化反應(yīng)，釋放出活性很強(qiáng)的游離氯原子或溴原子，參與導(dǎo)致臭氧損耗的一系列化學(xué)反應(yīng)： CFxCl4-xhvCFxCl3-x

8、Cl ClO3ClOO2 ClOOO2Cl 這樣的反應(yīng)循環(huán)不斷，每個游離氯原子或溴原子可以破壞約10萬個O3分子，這就是氯氟烷烴或溴氟烷烴破壞臭氧層的原因。 國際組織關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書規(guī)定了15種氯氟烷烴、 3種哈龍、40種含氫氯氟烷烴、34種含氫溴氟烷烴、四氯化碳（CCl4）、甲基氯仿（CH3CCl3）和甲基溴（CH3Br）為控制使用的消耗臭氧層物質(zhì)，也稱受控物質(zhì)。其中含氫氯氟烷烴（如,HCFCl2）類物質(zhì)是氯氟烷烴的一種過渡性替代品，因其含有H，使得它在底層大氣易于分解，對O3層的破壞能力低于氯氟烷烴，但長期和大量使用對O3層危害也很大。 在工程和生產(chǎn)中作為溶劑的四氯化碳（

9、CCl4）和甲基氯仿（CH3CCl3），同樣具有很大的破壞臭氧層的潛值，所以也被列為受控物質(zhì)。 溴氟烷烴主要是哈龍：哈龍1211（CF2BrCl）、哈龍1310（CF3Br）、哈龍2420（C2F4Br2）,這些物質(zhì)一般用作特殊場合的滅火劑。此類物質(zhì)對臭氧層最具破壞性，比氯氟烷烴高310倍，1994年發(fā)達(dá)國家已經(jīng)停止這3種哈龍的生產(chǎn)。 近年來的研究發(fā)現(xiàn)，核爆炸、航空器發(fā)射、超音速飛機(jī)將大量的氮氧化物注入平流層中，也會使臭氧濃度下降。 NO對臭氧層破壞作用的機(jī)理為： O3NOO2NO2， ONO2O2NO, 總反應(yīng)式為：OO32O2。 4、臭氧空洞的危害 臭氧層中的臭氧能吸收200300 nm的

10、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(yán)重的危害。 陽光紫外線輻射能量很高的部分稱EUV，在平流層以上就被大氣中的原子和分子所吸收，從EUV到波長等于290nm之間的稱為UV-C段，能被臭氧層中的臭氧分子全部吸收，波長等于290320nm的輻射段稱為紫外線B段（即B類紫外線），也有90能被臭氧分子吸收，從而可以大大減弱到達(dá)地面的強(qiáng)度。如果臭氧層的臭氧含量減少，則地面受到紫外線B的輻射量增大。 B類紫外線灼傷稱為B類灼傷，這是紫外輻射最明顯的影響之一，學(xué)名為紅斑病。B類紫外線也能損耗皮膚細(xì)胞中遺傳物質(zhì)，導(dǎo)致皮膚癌。B類輻射增加還可對眼睛造成損壞，導(dǎo)致

11、白內(nèi)障發(fā)病率增加。 B類紫外線輻射也會抑制人類和動物的免疫力。因此B類紫外線輻射的增加，可以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。 B類輻射的增加，會對自然生態(tài)系統(tǒng)和作物造成直接或間接的影響。例如B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，會造成某些生物減少或滅絕，由于海洋中的任何生物都是海洋食物鏈中重要的組成部分，因此某些種類的減少或滅絕，會引起海洋生態(tài)系統(tǒng)的破壞。 B類輻射的增加也會損害浮游植物，由于浮游植物可吸收大量二氧化碳，其產(chǎn)量減少，使得大氣中存留更多的二氧化碳，使溫室效應(yīng)加劇。 B類輻射還將引起用于建筑物、繪畫、包裝

12、的聚合材料的老化，使其變硬變脆，縮短使用壽命等等。 另外，臭氧層臭氧濃度降低紫外輻射增強(qiáng)，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(jī)動車量最密集的城市中心，使光化學(xué)煙霧污染的機(jī)率增加。 有人甚至認(rèn)為，當(dāng)臭氧層中的臭氧量減少到正常量的1/5時(shí)，將是地球生物死亡的臨界點(diǎn)。這一論點(diǎn)雖尚未經(jīng)科學(xué)研究所證實(shí)，但至少也表明了情況的嚴(yán)重性和緊急性。 5、修補(bǔ)臭氧層的措施 氟利昂是杜邦公司30年代開發(fā)的一個引為驕傲的產(chǎn)品，被廣泛用于制冷劑、溶劑、塑料發(fā)泡劑、氣溶膠噴霧劑及電子清洗劑等，哈龍?jiān)谙佬袠I(yè)發(fā)揮著重要作用。當(dāng)科學(xué)家研究令人信服地揭示出人類活動已經(jīng)造成臭氧層嚴(yán)重?fù)p耗的時(shí)候，“補(bǔ)天”行動非常迅

13、速。實(shí)際上現(xiàn)代社會很少有一個科學(xué)問題像“大氣臭氧層”這樣由激烈的反對、不理解，迅速發(fā)展到全人類采取一致行動來加以保護(hù)。 1985年，也就是Monlina和Rowland提出氯原子臭氧層損耗機(jī)制后11年，同時(shí)也是南極臭氧洞發(fā)現(xiàn)的當(dāng)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(hù)臭氧層維也納公約，首次在全球建立了共同控制臭氧層破壞的一系列原則方針。 1987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(hù)的重要?dú)v史性文件關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書。在該議定書中，規(guī)定了保護(hù)臭氧層的受控物質(zhì)種類和淘汰時(shí)間表，要求到2000年全球的氟利昂消減

14、一半，并制定了針對氟利昂類物質(zhì)生產(chǎn)、消耗、進(jìn)口及出口等的控制措施。由于進(jìn)一步的科學(xué)研究顯示大氣臭氧層損耗的狀況更加嚴(yán)峻，1990年通過關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書倫敦修正案，1992年通過了哥本哈根修正案，其中受控物質(zhì)的種類再次擴(kuò)充，完全淘汰的日程也一次次提前，締約國家和地區(qū)也在增加。到目前為止，締約方已達(dá)165個之多，反映了世界各國政府對保護(hù)臭氧層工作的重視和責(zé)任。不僅如此，聯(lián)合國環(huán)境署還規(guī)定從1995年起，每年的9月16日為“國際保護(hù)臭氧層日”，以增加世界人民保護(hù)臭氧層的意識，提高參與保護(hù)臭氧層行動的積極性。 我國政府和科學(xué)家們非常關(guān)心保護(hù)大氣臭氧層這一全球性的重大環(huán)境問題。我國早于1989年就加入了保護(hù)臭氧層維也納公約，先后積極派團(tuán)參與了歷次的保護(hù)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，并于1991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。我國還成立了保護(hù)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。根據(jù)這一方案，我國已于1999年7