臭氧层破坏与防治对策

臭氧层破坏与防治对策摘要：在距离地球表面 1525 公里处,聚集了大气中 90%的臭氧 ,我们将这一层高浓度的臭氧称为“臭氧层 “。臭氧对太阳的紫外线辐射有很强的吸收作用,能有效地阻挡对地表生物有伤害作用的短波紫外线。因此,我们可以推测,直到臭氧层形成之后生命才有可能在地球上生存,延续和发展.臭氧层是地表生物系统的“保护伞“. 本文将着重讨论臭氧层空洞的形成原因与防治措施,并结合现状对臭氧层空洞的危害进行了详细的分析。最后,呼吁加强环境保护,防治臭氧层空洞。关键词：臭氧层 原因 现状 危害 防治措施目录摘要 .1关键词 .1一、引言 .3二、臭氧层简介 .3（一）臭氧层的作用 .3（二）大气中臭氧层现状及发展 .3三、臭氧层破坏以及危害 .4（一）臭氧空洞的成因 .4（二）臭氧空洞的危害 .5四、臭氧层空洞的防范和保护措施 .6参考文献 .9一、引言1984 年，英国科学家法尔曼等人在南极哈雷湾观测站发现：在过去 10 15 年间，每到春天南极上空的臭氧浓度就会减少约 30%，极地上空的中心地带有近 95% 的臭氧被破坏。从地面上观测，高空的臭氧层已极其稀薄，与周围相比像是形成一个“洞”， “臭氧洞”由此而得名，这是人类历史上第一次发现臭氧空洞，当时观察此洞覆盖面积只有美国的国土面积那么大。臭氧空洞越来越大，危害越来越严重，已经逐渐引起了全社会的重视。那么，地球大气中臭氧层的作用是什么，现状如何，臭氧空洞是如何形成的，对人类及地球有何危害呢，有没有补救的措施？现简单介绍如下。二、臭氧层简介（一）臭氧层的作用臭氧层中的臭氧是在离地面较高的大气层中自然形成的，其形成机理是： O2 hvOO (高层大气中的氧气受波长短于 242nm 的紫外线照射变成游离的氧原子)；O2O =O3 （有些游离的氧原子又与氧气结合就生成了臭氧，大气中 90%的臭氧是以这种方式形成的） ；O3 是不稳定分子，来自太阳的短于 1140nm 射线照射又使 O3 分解，产生 O2 分子和游离 O 原子，因此大气中臭氧的浓度取决于其生成与分解速度的动态平衡。太阳是一个巨大的热体，表面温度高达 6000，是地球取之不尽的能量来源。但太阳辐射的紫外光中有一部分能量极高，如果到达地球表面，就可能对地球生物的生存造成无法挽回的影响然而，自然的力量改变了这一过程，地球的大气层就像一个过滤器，一把保护伞，将太阳辐射中的有害部分阻挡在大气层之外，使地球成为人类可爱的家园。而完成这一工作的，就是今天已经妇孺皆知的“臭氧层”。 臭氧是地球大气层中的一种蓝色、有刺激性的微量气体，是平流层大气的最关键组成组分。大气中 90%的臭氧集中在距地球表面 10 50Km 的高度范围内，分布厚度约为1015Km，其平均密度约为 910-8g.L-1。尽管臭氧层在地球表面并不太厚，臭氧在大气层中只占百万分之几，若在气温 0 时，将地表大气中的臭氧全部压缩到一个标准大气压时，臭氧层的总厚度才不过 3 mm，总质量不过 30 亿 t 左右。就是这样的一个臭氧层，却吸收了来自太阳 99的高强度紫外辐射，保护了人类和生物免遭紫外辐射的伤害。可以毫不夸在地说，地球上的一切生命就像离不开水和氧气一样离不开大气臭氧层，大气臭氧是地球上一切生灵的保护伞。（二）大气中臭氧层现状及发展 美国国家宇航局（NASA）的科学家前不久宣布，到 2000 年 10 月，南极上空臭氧洞的面积大约为 2900 万平方英里，这是迄今为止观测到臭氧空洞的最大面积。从 NASA 发布的图片上可以看到，臭氧洞像一个大的蓝水滴，完全罩在南极的上空，并延伸到南美的南端。 臭氧空洞增大的速度是惊人的，特别是近年来南极上空的臭氧空洞有恶化的趋势。根据全球总臭氧观测的结果表明，在过去 10-15 年间，每到春天南极上空平流层的臭氧都会发生急剧的大规模耗损。臭氧洞可以用一个三维的结构来描述，即臭氧洞的面积、深度及延续时间。1987 年 10 月，南极上空的臭氧浓度下降到了 1957-1978 年间的一半，臭氧洞面积则扩大到足以覆盖整个欧洲大陆。从那以后，臭氧浓度下降的速度还在加快，有时甚至减少到只剩 30%，臭氧洞的面积也在不断扩大。 1994 年 10 月观测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积等仍在继续扩展，1995 年观测到的臭氧洞的天数是 77 天，到 1996 年几乎南极平流层的臭氧全部被破坏，臭氧洞发生天数增加到 80 天。1997 年至今，科学家进一步观测到臭氧洞发生的时间也在提前，1998 年臭氧洞的持续时间超过 100 天，是南极臭氧洞发现以来的最长记录，而且臭氧洞的面积比 1997 年增大约 15%，几乎可以相当三个澳大利亚的面积。这一迹象表明，南极臭氧洞的损耗状况正在恶化之中。 目前，不仅在南极，在北极上空也出现了臭氧减少的现象，美、日、英、俄等国家联合观测发现，北极上空臭氧层也减少了 20%，已形成了面积约为南极臭氧空洞三分之一的北极臭氧空洞。在被称为是世界上“第三极”的青藏高原，中国大气物理及气象学者的观测也发现，青藏高原上空的臭氧正在以每 10 年 2.7% 的速度减少，已经成为大气层中的第三个臭氧空洞。 三、臭氧层破坏以及危害（一）臭氧空洞的成因 臭氧层损耗是臭氧空洞的真正成因，那么，臭氧层是如何耗损的呢？人类活动排入大气中的一些物质进入平流层与那里的臭氧发生化学反应，就会导致臭氧耗损，使臭氧浓度减少。 人为消耗臭氧层的物质主要是：广泛用于冰箱和空调制冷、泡沫塑料发泡、电子器件清洗的氯氟烷烃（CFxCl4-x ，又称 Freon） ，以及用于特殊场合灭火的溴氟烷烃（ CFXBr4-x，又称 Halons 哈龙）等化学物质。 消耗臭氧层的物质，在大气的对流层中是非常稳定的，可以停留很长时间，如CF2C12 在对流层中寿命长达 120 年左右。因此，这类物质可以扩散到大气的各个部位，但是到了平流层后，就会在太阳的紫外辐射下发生光化反应，释放出活性很强的游离氯原子或溴原子，参与导致臭氧损耗的一系列化学反应： CFxCl4-xhvCFxCl3-xCl ClO3ClOO2 ClOOO2Cl 这样的反应循环不断，每个游离氯原子或溴原子可以破坏约 10 万个 O3 分子，这就是氯氟烷烃或溴氟烷烃破坏臭氧层的原因。 国际组织关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书规定了 15 种氯氟烷烃、 3 种哈龙、40 种含氢氯氟烷烃、34 种含氢溴氟烷烃、四氯化碳（CCl4） 、甲基氯仿（CH3CCl3）和甲基溴（ CH3Br）为控制使用的消耗臭氧层物质，也称受控物质。其中含氢氯氟烷烃（如,HCFCl2）类物质是氯氟烷烃的一种过渡性替代品，因其含有 H，使得它在底层大气易于分解，对 O3 层的破坏能力低于氯氟烷烃，但长期和大量使用对 O3 层危害也很大。 在工程和生产中作为溶剂的四氯化碳（CCl4）和甲基氯仿（CH3CCl3 ） ，同样具有很大的破坏臭氧层的潜值，所以也被列为受控物质。 溴氟烷烃主要是哈龙：哈龙 1211（CF2BrCl） 、哈龙 1310（CF3Br） 、哈龙2420（C2F4Br2）,这些物质一般用作特殊场合的灭火剂。此类物质对臭氧层最具破坏性，比氯氟烷烃高 310 倍，1994 年发达国家已经停止这 3 种哈龙的生产。 近年来的研究发现，核爆炸、航空器发射、超音速飞机将大量的氮氧化物注入平流层中，也会使臭氧浓度下降。 NO 对臭氧层破坏作用的机理为： O3NOO2NO2， ONO2O2NO, 总反应式为：OO32O2。 （二）臭氧空洞的危害 臭氧层中的臭氧能吸收 200300 nm 的阳光紫外线辐射，因此臭氧空洞可使阳光中紫外辐射到地球表面的量大大增加，从而产生一系列严重的危害。 阳光紫外线辐射能量很高的部分称 EUV，在平流层以上就被大气中的原子和分子所吸收，从 EUV 到波长等于 290nm 之间的称为 UV-C 段，能被臭氧层中的臭氧分子全部吸收，波长等于 290320nm 的辐射段称为紫外线 B 段（即 B 类紫外线） ，也有 90能被臭氧分子吸收，从而可以大大减弱到达地面的强度。如果臭氧层的臭氧含量减少，则地面受到紫外线 B 的辐射量增大。 B 类紫外线灼伤称为 B 类灼伤，这是紫外辐射最明显的影响之一，学名为红斑病。 B类紫外线也能损耗皮肤细胞中遗传物质，导致皮肤癌。B 类辐射增加还可对眼睛造成损坏，导致白内障发病率增加。 B 类紫外线辐射也会抑制人类和动物的免疫力。因此 B 类紫外线辐射的增加，可以降低人类对一些疾病包括癌症、过敏症和一些传染病的抵抗力。 B 类辐射的增加，会对自然生态系统和作物造成直接或间接的影响。例如 B 类紫外辐射对 20 米深度以内的海洋生物造成危害，会使浮游生物、幼鱼、幼蟹、虾和贝类大量死亡，会造成某些生物减少或灭绝，由于海洋中的任何生物都是海洋食物链中重要的组成部分，因此某些种类的减少或灭绝，会引起海洋生态系统的破坏。 B 类辐射的增加也会损害浮游植物，由于浮游植物可吸收大量二氧化碳，其产量减少，使得大气中存留更多的二氧化碳，使温室效应加剧。 B 类辐射还将引起用于建筑物、绘画、包装的聚合材料的老化，使其变硬变脆，缩短使用寿命等等。 另外，臭氧层臭氧浓度降低紫外辐射增强，反而会使近地面对流层中的臭氧浓度增加，尤其是在人口和机动车量最密集的城市中心，使光化学烟雾污染的机率增加。 有人甚至认为，当臭氧层中的臭氧量减少到正常量的 1/5 时，将是地球生物死亡的临界点。这一论点虽尚未经科学研究所证实，但至少也表明了情况的严重性和紧急性。 四、臭氧层空洞的防范和保护措施氟利昂是杜邦公司 30 年代开发的一个引为骄傲的产品，被广泛用于制冷剂、溶剂、塑料发泡剂、气溶胶喷雾剂及电子清洗剂等，哈龙在消防行业发挥着重要作用。当科学家研究令人信服地揭示出人类活动已经造成臭氧层严重损耗的时候， “补天”行动非常迅速。实际上现代社会很少有一个科学问题像“大气臭氧层”这样由激烈的反对、不理解，迅速发展到全人类采取一致行动来加以保护。 1985 年，也就是 Monlina 和 Rowland 提出氯原子臭氧层损耗机制后 11 年，同时也是南极臭氧洞发现的当年，由联合国环境署发起 21 个国家的政府代表签署了保护臭氧层维也纳公约 ，首次在全球建立了共同控制臭氧层破坏的一系列原则方针。 1987 年 9 月，36 个国家和 10 个国际组织的 140 名代表和观察员在加拿大蒙特利尔集会，通过了大气臭氧层保护的重要历史性文件关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书 。在该议定书中，规定了保护臭氧层的受控物质种类和淘汰时间表，要求到 2000 年全球的氟利昂消减一半，并制定了针对氟利昂类物质生产、消耗、进口及出口等的控制措施。由于进一步的科学研究显示大气臭氧层损耗的状况更加严峻，1990 年通过关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书伦敦修正案，1992 年通过了哥本哈根修正案，其中受控物质的种类再次扩充，完全淘汰的日程也一次次提前，缔约国家和地区也在增加。到目前为止，缔约方已达 165 个之多，反映了世界各国政府对保护臭氧层工作的重视和责任。不仅如此，联合国环境署还规定从 1995 年起，每年的 9 月 16 日为“国际保护臭氧层日”，以增加世界人民保护臭氧层的意识，提高参与保护臭氧层行动的积极性。 我国政府和科学家们非常关心保护大气臭氧层这一全球性的重大环境问题。我国早于1989 年就加入了保护臭氧层维也纳公约 ，先后积极派团参与了历次的保护臭氧层维也纳公约和关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书缔约国会议，并于 1991 年加入了修正后的关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书 。我国还成立了保护臭氧层领导小组，开始编制并完成了中国消耗臭氧层物质逐步淘汰国家方案 。根据这一方案，我国已于1999 年 7 月 1 日冻结了氟利昂的生产，并将于 2010 年前全部停止生产和使用所有消耗臭氧层物质。据新华社电国际研究人员 10 月 2 日说，北极上空今年春天臭氧减少状况超出先前观测记录，首次像南极上空那样出现臭氧空洞，面积最大时相当于 5 个德国。这个臭氧空洞主要因北极地区罕见长时间寒冬而形成，一度于 4 月移至东部欧洲、俄罗斯和蒙古国上空，使人们承受高于一般程度但并不持续的太阳紫外线照射。这项研究由来自美国、加拿大、芬兰、丹麦、日本等 9 个国家的研究人员完成，研究报告发表于英国自然杂志网络版。研究人员说，去年冬天至今年春天，北极地区 15 公里至 23 公里的高空臭氧严重减少，最大幅度减少发生在 18 公里至 20 公里的位置，减少幅度超过 80%。报告说，今年 3 月至4 月上旬，研究人员连续 27 天观测到极低的总柱状臭氧值。 “低于 250 多布森单位的最大区域大约 200 万平方公里，大概 5 倍于德国或加州。 ”尚不清楚这个臭氧空洞是否已对人体健康构成任何风险。研究人员认为，北极首次出现臭氧空洞由极地涡旋引发，但不是因为今年更冷，而是因为冷的时间更长，致使能够破坏臭氧的含氯化合物更活跃，以至于观测到比往年冬天厉害得多的臭氧减少。另一名研究人员表示，寒冷天气从去年 12 月持续至今年4 月， “自有仪器记录以来，北极从没有出现”这样长时间的寒冬。究竟为什么发生这种情况，需要“花数年时间详细研究” 。在距离地球表面 1525 公里处,聚集了大气中 90%的臭氧, 我们将这一层高浓度的臭氧称为“ 臭氧层“。臭氧对太阳的紫外线辐射有很强的吸收作用,能有效地阻挡对地表生物有伤害作用的短波紫外线。因此,我们可以推测,直到臭氧层形成之后生命才有可能在地球上生存,延续和发展。臭氧层是地表生物系统的“保护伞“ 。臭氧就是三原子氧 (O3),是我们熟知的氧气的同素异形体(由相同的元素组成 ,但分子结构不同) 。臭氧有一种刺鼻的气味 ,所以得此恶名。在距地表 10 公里到 50 公里高度的区域,含有较多的臭氧,称这个臭氧较集中的气层为臭氧层,它跨越平流层和中间层。臭氧层是法国科学家 C.法布里于 20 世纪初发现的。大气中的臭氧含量除了随高度变化外,还随纬度和季节的不同以及昼夜交替而变化.臭氧层的臭氧含量与其他大气成分相比是很小的,只是大气的微量成份,把整个臭氧层的臭氧折算到标准状态(气压1013.25 百帕,气温 273.15K),其总累积厚度为 0.150.45 厘米 ,平均约 0.30 厘米( 称这种方法叫做柱浓度法),采用多布森单位 (Dobuson unit,简称 D.U)来表示,正常大气中臭氧的柱浓度为300D.U。臭氧是有特殊臭味的淡蓝色气体,具有极强的氧化性,能漂白和消毒杀菌。用臭氧净化城市饮用水,处理生活污水和工业污水,比用氯气,高锰酸钾等消毒剂既经济又不会引起二次污染。用 1kg 臭氧处理 1000 m3 水,能达到消毒,脱臭,脱色,脱味,氧化水中有机物的作用。臭氧对人类的贡献不仅是用作漂白剂和消毒杀毒剂,更重要的是臭氧层作为地球的屏障,保护了一切生命。大气中的臭氧的含量虽然很少,但是它在地球环境中所起的作用却非常重要。臭氧能吸收日光中波长 2.010-7 m3.010-7 m 的电磁波,因此能滤掉日光中 99%以上的紫外线,对地球表面形成保护层。第一,它是地球生物的保护伞。因为臭氧层阻挡了太阳辐射中的大部分紫外线,使地面生物免受紫外线的伤害,而少量穿透大气层到达地 面的紫外线对人类和生物则是有益的.第二,它是引起气候变化的重要因素.臭氧对太阳紫外线辐射的吸收是平流层的主要热源,平流层臭氧浓度及其随高度的分布直接影响平流层的温度结构,从而对大气环流和地球气候的形成起着重要作用,因此,平流层臭氧浓度的变化是大气的重要扰动因子。如果没有臭氧层,大量紫外线照射到地球上,地球生态平衡将受到破坏,微生物被杀死,核酸与蛋白质受到破坏,平流层温度也将改变。有了臭氧层,地球上的生物才得以生存。臭氧层破坏的后果是很严重的.如果平流层的臭氧总量减少 1%,预计到达地面的有害紫外线将增加 2%.由于臭氧层中臭氧的减少 ,照射到地面的太阳光紫外线增强,其中波长为240329 纳米的紫外线对生物细胞具有很强的杀伤作用,对生物圈中的生态系统和各种生物,包括人类,都会产生不利的影响。1.对人体健康的影响、2.对陆生植物的影响、3.对水生生态系统的影响、4.对材料的影响、5.对对流层大气组成及空气质量的影响。臭氧层损耗是否能被停止和臭氧层能否恢复呢回答是肯定的。一旦平流层的消耗臭氧物质被减少,臭氧层可以进行自身恢复.只有这样,才能使其恢复到产生和消失的自然平衡状态。然而,也只有将所有的消耗臭氧物质完全限制以后,才能达到上述目的。消耗臭氧的 化学物质要用几年的时间才能到达平流层,而且在平流层中某些物质可以存在几十年。就是现在将消耗臭氧的所有物质完全限制,平流层中消耗臭氧的物质的减少也是几十年以后的事情。自 20 世纪 70 年代提出臭氧层正在受到耗蚀的科学论点以来,联合国环境规划署意