臭氧層的形成與耗損

關(guān)于臭氧層的形成與耗損第1頁(yè)，講稿共33頁(yè)，2023年5月2日，星期三在天際遨游時(shí)遙望地球，映入眼簾的是一個(gè)晶瑩透亮的球體，上面藍(lán)色和白色的紋痕相互交錯(cuò)，周?chē)粚颖”〉乃{(lán)色“紗衣”。地球，這位人類(lèi)的母親，這個(gè)生命的搖籃，是那樣的美麗壯觀，和藹可親。但是……第2頁(yè)，講稿共33頁(yè)，2023年5月2日，星期三第3頁(yè)，講稿共33頁(yè)，2023年5月2日，星期三南極臭氧洞的發(fā)現(xiàn)70年代中期，美國(guó)科學(xué)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(cè)發(fā)現(xiàn)，自每年9月份下旬開(kāi)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(cè)，高空臭氧層已極其稀薄，與周?chē)啾认笫切纬闪艘粋€(gè)直徑上千公里的洞，稱(chēng)為“臭氧洞”。第4頁(yè)，講稿共33頁(yè)，2023年5月2日，星期三衛(wèi)星觀測(cè)表明，1987年10月，南極上空的臭氧濃度降到了1957年-1978年間正常水平的一半，臭氧洞的面積擴(kuò)大到足以覆蓋整個(gè)歐洲大陸。從那以后，臭氧濃度下降的趨勢(shì)在加快，空洞面積也在不斷擴(kuò)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(kuò)大到2700萬(wàn)平方公里，快接近三倍的中國(guó)國(guó)土面積。第5頁(yè)，講稿共33頁(yè)，2023年5月2日，星期三歷年來(lái)南極臭氧濃度最底值變化情況第6頁(yè)，講稿共33頁(yè)，2023年5月2日，星期三歷年來(lái)南極臭氧洞的平均面積第7頁(yè)，講稿共33頁(yè)，2023年5月2日，星期三大氣臭氧層的形成O2+hv

→O+O（λ≤243nm)2O+2O2+M→2O3+M總反應(yīng):3O2+hv→2O3第8頁(yè)，講稿共33頁(yè)，2023年5月2日，星期三大氣臭氧層的作用

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10～15Km，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(wàn)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時(shí)，臭氧層的總厚度才不過(guò)3mm，總質(zhì)量不過(guò)30億t左右。就是這樣的一個(gè)臭氧層，卻吸收了來(lái)自太陽(yáng)99％的高強(qiáng)度紫外輻射，保護(hù)了人類(lèi)和生物免遭紫外輻射的傷害。第9頁(yè)，講稿共33頁(yè)，2023年5月2日，星期三大氣中臭氧層現(xiàn)狀及發(fā)展這是美國(guó)航空航天局用衛(wèi)星測(cè)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(gè)，但其面積比北美洲還大。右圖是今年9月24日的圖像，科學(xué)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(xué)家認(rèn)為這要?dú)w因于南極洲氣溫的上升。第10頁(yè)，講稿共33頁(yè)，2023年5月2日，星期三1987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(gè)歐洲大陸;1994年10月觀測(cè)到臭氧洞曾一度蔓延到了南美洲最南端的上空1995年觀測(cè)到的臭氧洞的天數(shù)是77天;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(cè)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(guò)100天，是南極臭氧洞發(fā)現(xiàn)以來(lái)的最長(zhǎng)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(gè)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。第11頁(yè)，講稿共33頁(yè)，2023年5月2日，星期三在我國(guó)青藏高原上空，科學(xué)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(dá)0.35%。2000年1-3月期間，北極上空臭氧層耗損曾經(jīng)達(dá)到60%，是歷史上該地區(qū)臭氧層耗損的最高水平。第12頁(yè)，講稿共33頁(yè)，2023年5月2日，星期三當(dāng)南極的春季來(lái)臨（九月下旬），陽(yáng)光照射冰云，冰晶融化，釋放吸附的氯氟烴類(lèi)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”。因?yàn)楸睒O沒(méi)有極地大陸和高山，僅有一片海洋冰帽，形不成大范圍的強(qiáng)烈的“極地風(fēng)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。第13頁(yè)，講稿共33頁(yè)，2023年5月2日，星期三臭氧空洞的成因臭氧層損耗是臭氧空洞的真正成因。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(xué)家認(rèn)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(dòng)起決定性的作用。是某些人類(lèi)活動(dòng)所散發(fā)的物質(zhì)進(jìn)入臭氧層，引起臭氧的損耗。這些物質(zhì)有含氯氟烴類(lèi)、有機(jī)溴化合物、氧化亞氮及超音速飛機(jī)排放氮氧化物、甲烷、水汽和二氧化碳等。第14頁(yè)，講稿共33頁(yè)，2023年5月2日，星期三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(chēng)Freon）用于特殊場(chǎng)合滅火的溴氟烷烴（CFXBr4-x，又稱(chēng)Halons哈龍）等化學(xué)物質(zhì)。第15頁(yè)，講稿共33頁(yè)，2023年5月2日，星期三氯氟烴類(lèi)物質(zhì)，由于性質(zhì)穩(wěn)定、不易燃燒、易于儲(chǔ)存、價(jià)格便宜而被廣泛用作致冷劑、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(lèi)物質(zhì)的使用。

第16頁(yè)，講稿共33頁(yè)，2023年5月2日，星期三氯氟烴類(lèi)物質(zhì)化學(xué)穩(wěn)定性好，壽命長(zhǎng)，不易在對(duì)流層分解，擴(kuò)散入臭氧層，受到短波紫外線的輻射，分解出氯原子自由基。由哈龍等有機(jī)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(duì)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?zhǔn)住薄５?7頁(yè)，講稿共33頁(yè)，2023年5月2日，星期三臭氧的消耗過(guò)程

其一為光解主要是吸收波長(zhǎng)為210nm<λ<290nm的紫外光的光解：

03+hv→02+O·

此過(guò)程就是臭氧層吸收了來(lái)自太陽(yáng)的大部分紫外光，從而使地面生物不受其傷害的原因。另一消耗過(guò)程為：03+O·→202第18頁(yè)，講稿共33頁(yè)，2023年5月2日，星期三臭氧層破壞的催化過(guò)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→2O2第19頁(yè)，講稿共33頁(yè)，2023年5月2日，星期三CFxCl4-x＋hv→CFxCl3-x＋Cl·Cl·＋O3→ClO·＋O2

ClO·＋O·→Cl·＋O2總反應(yīng)式為：O·＋O3→2O2第20頁(yè)，講稿共33頁(yè)，2023年5月2日，星期三CFxBr4-x＋hv→CFxBr3-x＋Br·Br·＋O3→BrO·＋O2

BrO·＋O·→Br·＋O2

總反應(yīng)式為：O＋O3→2O2第21頁(yè)，講稿共33頁(yè)，2023年5月2日，星期三近年來(lái)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(huì)使臭氧濃度下降。NO對(duì)臭氧層破壞作用的機(jī)理為：O3＋NO→NO2＋O2NO2＋O·→NO＋O2

總反應(yīng)式為：O·＋O3→2O2第22頁(yè)，講稿共33頁(yè)，2023年5月2日，星期三平流層中的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·第23頁(yè)，講稿共33頁(yè)，2023年5月2日，星期三HO破壞O3的機(jī)理為：HO·＋O3→HO2·＋O2O·＋HO2→HO·＋O2

總反應(yīng)式為：O＋O3→2O2第24頁(yè)，講稿共33頁(yè)，2023年5月2日，星期三CFCl3＋hv→CFCl2+Cl·CF2Cl2＋hv→CF2Cl+Cl·Cl破壞O3的機(jī)理為：Cl·＋O3→ClO·

＋O2ClO·＋O·→Cl·＋O2

總反應(yīng)式為：O＋O3→2O2第25頁(yè)，講稿共33頁(yè)，2023年5月2日，星期三氯原子自由基作為催化劑與臭氧反應(yīng)，就象一輛輛“運(yùn)”臭氧的車(chē)子，不斷地來(lái)回搬運(yùn)臭氧，臭氧在不斷減少，而氯原子卻不見(jiàn)消耗。一個(gè)氯原子自由基能夠消耗十萬(wàn)個(gè)臭氧分子。第26頁(yè)，講稿共33頁(yè)，2023年5月2日，星期三第27頁(yè)，講稿共33頁(yè)，2023年5月2日，星期三臭氧空洞的危害臭氧層中的臭氧能吸收200～300nm的陽(yáng)光紫外線輻射，因此臭氧空洞可使陽(yáng)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)重的危害波長(zhǎng)等于290～320nm的輻射段稱(chēng)為紫外線B段（即B類(lèi)紫外線）B類(lèi)紫外線灼傷稱(chēng)為B類(lèi)灼傷(紅斑病);能損耗皮膚細(xì)胞中遺傳物質(zhì)，導(dǎo)致皮膚癌;可對(duì)眼睛造成損壞，導(dǎo)致白內(nèi)障;抑制人類(lèi)和動(dòng)物的免疫力,降低人類(lèi)對(duì)一些疾病包括癌癥、過(guò)敏癥和一些傳染病的抵抗力;第28頁(yè)，講稿共33頁(yè)，2023年5月2日，星期三會(huì)對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)和作物造成直接或間接的影響:B類(lèi)紫外輻射對(duì)20米深度以?xún)?nèi)的海洋生物造成危害，會(huì)使浮游生物、幼魚(yú)、幼蟹、蝦和貝類(lèi)大量死亡;會(huì)造成某些生物減少或滅絕,引起海洋生態(tài)系統(tǒng)的破壞;會(huì)損害浮游植物,使溫室效應(yīng)加劇;還將引起用于建筑物、繪畫(huà)、包裝的聚合材料的老化，使其變硬變脆，縮短使用壽命等;另外，臭氧層臭氧濃度降低紫外輻射增強(qiáng)，反而會(huì)使近地面對(duì)流層中的臭氧濃度增加，尤其是在人口和機(jī)動(dòng)車(chē)量最密集的城市中心，使光化學(xué)煙霧污染的機(jī)率增加。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)。第29頁(yè)，講稿共33頁(yè)，2023年5月2日，星期三修補(bǔ)臭氧層的措施1985年，由聯(lián)合國(guó)環(huán)境署發(fā)起21個(gè)國(guó)家的政府代表簽署了《保護(hù)臭氧層維也納公約》

；1987年9月，36個(gè)國(guó)家和10個(gè)國(guó)際組織的140名代表和觀察員在加拿大蒙特利爾集會(huì)，通過(guò)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(shū)》；1990年通過(guò)《關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書(shū)》倫敦修正案；1992年通過(guò)了《哥本哈根修正案》

；1995年起，每年的9月16日為“國(guó)際保護(hù)臭氧層日”

第30頁(yè)，講稿共33頁(yè)，2023年5月2日，星期三1989年，中國(guó)加入了《保護(hù)臭氧層維也納公約》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(shū)》締約國(guó)會(huì)議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(shū)》1991年成立了保護(hù)臭氧層領(lǐng)導(dǎo)小組，開(kāi)始編制并完成了《中國(guó)消耗臭氧層物質(zhì)逐步淘汰國(guó)家方案》1999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)。第31頁(yè)，講稿共33