環(huán)境化學(xué) 臭氧層的形成與損耗課件

臭氧層的形成與損耗環(huán)境化學(xué)臭氧層的形成與損耗三、臭氧層的形成與消耗1、O3生成與消耗反應(yīng)方程式

生成反應(yīng)：O2+h

（

243nm）

2O?

O?+O2+M

C+M消耗反應(yīng)：O3+h

（210

290nm）

O2+O?

或者：O?+O3

2O2

環(huán)境化學(xué)臭氧層的形成與損耗2、O3層破壞的催化反應(yīng)機(jī)理O3層破壞主要有三類鏈反應(yīng)：HOx?、NOx?、ClOx?。（1）NOx的催化作用(天然源、飛機(jī)排放、宇宙射線)平流層中的N2ON2O+O?

2NONO+O3

NO2+O2NOx?清除O3的催化循環(huán)反應(yīng)

NO+O3

NO2+O2NO2+O?

NO+O2

總反應(yīng)：O?+O3

2O2NOx?的消除

N?+NO

N2+O2

NO2+O?

N2O+O?環(huán)境化學(xué)臭氧層的形成與損耗（2）水蒸氣、甲烷等的影響平流層中存在的水蒸氣、甲烷，可與激發(fā)態(tài)氧原子形成含氫物質(zhì)(HOX---H，OH與HO2)，例如

O3+h

（210

290nm）

O2+O?

H2O+O?

2HOCH4+O?

CH3+HO

H2+O?

H+HOO3損耗約10%。反應(yīng)：?OH+O3

HO2+O2

HO2?+O3

?HO+O2

總反應(yīng)：2O3

3O2環(huán)境化學(xué)臭氧層的形成與損耗（3）天然或人為的氯、溴及其鹵氧自由基的催化作用

平流層中ClOx的天然源是海洋生物產(chǎn)生的

CH3Cl+h

CH3+Cl（甲基氯-對流層穩(wěn)定）氟氯甲烷的光解

CFCl3+h

CFCl2+ClCF2Cl2+h

CF2Cl+Cl

氟氯甲烷光解產(chǎn)生的Cl?

可破壞O3

Cl?+O3

ClO?+O2O?+ClO?

Cl?+O2

總反應(yīng)：O?+O3

2O2

環(huán)境化學(xué)臭氧層的形成與損耗（4）總結(jié)總結(jié)上述O3層破壞的反應(yīng)過程，可得到：

Y?+O3

YO?+O2O?+YO?

Y?+O2

總反應(yīng)：O?+O3

2O2/Y（上述可以消耗臭氧的物質(zhì)可以相互作用，形成的產(chǎn)物相當(dāng)于將這些物質(zhì)暫時(shí)貯存起來，一定條件下重新釋放，極地平流層的冰云中觀測發(fā)現(xiàn)大量的物質(zhì)：HONO2、HO2NO2、ClONO2、N2O5、HOCl、HCl等）環(huán)境化學(xué)臭氧層的形成與損耗3、南極O3空洞的及其形成機(jī)制（1）極地O3空洞：1950年代最早在1985年，J.C.Farman(法曼)10月份南極的臭氧從1979年的290D.U.（1D.U.=10-5cm,0攝氏度，1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓）減少到1985年的170D.U.同時(shí)人們在北極地區(qū)也觀測到了臭氧濃度下降的趨勢但是在熱帶地區(qū)的平流層，沒有發(fā)現(xiàn)臭氧減少的現(xiàn)象環(huán)境化學(xué)臭氧層的形成與損耗環(huán)境化學(xué)臭氧層的形成與損耗（2）極地O3損耗的化學(xué)機(jī)制太陽活動(dòng)學(xué)說大氣動(dòng)力學(xué)學(xué)說化學(xué)機(jī)制說（氟氯化烴）環(huán)境化學(xué)臭氧層的形成與損耗從化學(xué)機(jī)制上主要有：氯溴協(xié)同機(jī)制：

Cl?+O3

ClO?+O2Br?+O3

BrO?+O2BrO?+ClO?

Cl?+Br?+O2

總反應(yīng)：2O3

3O2

自由基鏈反應(yīng)機(jī)制：HO?+O3

HO2?+O2Cl?+O3

ClO?+O2ClO?+HO2?

HOCl+O2HOCl+hv

HO?+Cl?

總反應(yīng)：2O3

3O2

環(huán)境化學(xué)臭氧層的形成與損耗ClO二聚體鏈反應(yīng)機(jī)制：

Cl?+O3

ClO?+O2ClO?+ClO?+M

(ClO)2+M(ClO)2+hv

ClOO?+Cl?ClOO?+M

Cl?+O2+M

總反應(yīng)：2O3

3O2（3）極地O3損耗的全球大氣動(dòng)力學(xué)和氣候?qū)W機(jī)制

為什么僅僅在南極、北極出現(xiàn)臭氧空洞？為什么在熱帶地區(qū)的平流層中沒有發(fā)現(xiàn)臭氧層的破壞？環(huán)境化學(xué)臭氧層的形成與損耗為什么在南極出現(xiàn)臭氧空洞比較大？◆從O3的空間分布角度分析：（全球大氣動(dòng)力學(xué)）全球O3的空間濃度分布是赤道低、中高緯高。原因？但在極地的中心O3的濃度又比較低，原因？而且極地地區(qū)極低的氣溫，不利于O3的合成◆從O3合成的時(shí)間分布分析：（氣候?qū)W）冬季的南極，氣溫極低，漫長的冬季，幾乎沒有O3的合成發(fā)生。晚東早春，南極的氣溫達(dá)到了最低點(diǎn)，Cl原子的臨時(shí)儲(chǔ)存庫但是由于在南極的漫長冬季里，陽光不會(huì)強(qiáng)烈（極夜），在早春，南極的陽光一下子強(qiáng)烈，大量在冬季累積的HOCl和Cl2導(dǎo)致O3在短時(shí)間內(nèi)的大量破壞隨著極地的溫度逐漸升高南極臭氧逐漸得到恢復(fù)，臭氧空洞就會(huì)減少：環(huán)境化學(xué)臭氧層的形成與損耗首先太陽光逐漸增強(qiáng)，導(dǎo)致有更多的O3合成；其次，溫度的升高將極地平流云升華，Cl原子的臨時(shí)儲(chǔ)存庫消失再次，溫度的升高，空氣比重減小，極地環(huán)流減弱。4、保護(hù)臭氧層國際公約1977年3月由聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署在美國華盛頓召開32國專家會(huì)議，通過世界第一個(gè)關(guān)于臭氧層的行動(dòng)計(jì)劃，要求進(jìn)行臭氧層損耗的研究、損害評價(jià)、成立國際協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)等；1985年聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署在奧地利的維也納頒布《保護(hù)臭氧層維也納公約》；環(huán)境化學(xué)臭氧層的形成與損耗雖然人們早就發(fā)現(xiàn)CFC對破壞臭氧層有重大貢獻(xiàn)，但是必須限制CFC排放的國際輿論是在1985年南極臭氧空洞出現(xiàn)以后才出現(xiàn)的。1987年，加拿大，蒙特利爾，《關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書》，1989年1月1日生效，對世界CFC類物質(zhì)的生產(chǎn)和使用，規(guī)定了限制時(shí)間表。人們?nèi)园l(fā)現(xiàn)，即使嚴(yán)格執(zhí)行《議定書》，大氣中的Cl今后50年內(nèi)仍會(huì)翻一倍，所以聯(lián)合國連續(xù)在1989年3月召開保護(hù)臭氧層倫敦會(huì)議、《公約》《議定書》