臭氧层的形成与耗损.ppt

臭氧层的形成与耗损,组员： 李江 白军 吴建 王兴 郭跃海 郭家源 卢京敏,1臭氧层破坏的化学机理,平流层中的臭氧来源于平流层中O2 的光解： O2 + h(243nm) O + O O + O2 + M O3 + M 平流层中的臭氧的消除途径有两种 臭氧光解：O3 + h O2 + O 能够使平流层的O3 真正被清除的反应为O3 与O 的反应： O3 + O 2O2,臭氧层存在于对流层上面的平流层中，主要分布在距离地面10-50km范围内，浓度峰在20-25km处。臭氧层对去、地球上生命的出现、发展以及维持地球上的生态平衡起着重要的作用。由于臭氧层能够洗后99%以上的来自太阳的紫外线外辐射，从而使地球上的生物不受到紫外辐射的伤害。然而，随着科学和技术的不断发展，人类的许多活动已经影响到平流层的大气化学过程，使臭氧层遭到破坏。,由于人类活动的影响，水蒸气、氮氧化物、氟氯烃等污染物进入了平流层，在平流层形成了HOx、NOx 和ClOx 等活性基团，从而加速了臭氧的消除过程，破坏了臭氧层的稳定状态。 （1）平流层中NOx对臭氧层破坏的影响 平流层中NOx 主要存在于25km 以上的大气中，其数量约为10L/m3。在25km 以下的平流层大气中所存在的含氮化合物主要是HNO3。,平流层中NOx的来源 （a）N2O 的氧化 N2O 是对流层大气中含量最高的含氮化合物，主要来自于土壤中硝酸盐的脱氮和铵盐的硝化。因此，天然来源是其产生的主要途径。由于N2O 不易溶于水，在对流层中比较稳定，停留时间较长，因此，可通过扩散作用进入平流层。 进入平流层的N2O 有90%会通过光解形成N2：N2O + h(243nm) N2+O 有2%会氧化形成NO：N2O + O 2NO 因此，N2O 在平流层的氧化是平流层中NO 和NO2 的主要天然来源。,（b）超音速和亚音速飞机的排放 （c）宇宙射线的分解 这个来源所产生的NOx 数量较少。 NOx清除O3的催化循环反应 NO + O3 NO2 + O2 NO2 + O NO + O2 总反应： O3 + O 2O2 该反应主要发生在平流层的中上部。,如果是在较低的平流层，由于O的浓度低，形成的NO2 更容易发生光解，然后与O作用，进一步形成O3： NO2 NO + O O + O2 + M O3 因此，在平流层底部NO 并不会促使O3 减少。 NOx的消除,（a）由于NO 和NO2 都易溶于水，当它们被下沉的气流带到对流层时，就可以随着对流层的降水被消除，这是NOx 在平流层大气中的主要消除方式。 （b）在平流层层顶紫外线的作用下，NO 可以发生光解： NO2 + h N + O 光解产生的N可以进一步与NOx 发生反应：N + NO N2 + O N + NO2 N2O + O 这种消除方式所起的作用较小。,（2）HOx对臭氧层破坏的影响,平流层中HOx 主要是指H和HO，它们主要存在于40km 以上的大气中，在40km 以下的平流层大气中HOx 会以HO2 的形式存在。 平流层中HOx的来源 平流层中HOx 主要来源于甲烷、水蒸汽和氢气与激发态原子氧的反应，而激发态原子氧是由O3 光解产生的： O3 + h(310nm) O2 + O(1D) CH4+ O(1D) OH+CH3,H2O+ O(1D) 2OH H2+ O(1D) OH+H HOx清除O3的催化循环反应 在较高的平流层，由于O 的浓度相对较大，此时O3 可通过以下两种途径被消除： H + O3 OH + O2 OH+O H+O2 总反应： O3+O 2O2 OH + O3 HO2 + O2 HO2 + O OH + O2,总反应： O3 + O 2O2 在较低的平流层，由于O 的浓度较小，O3 可通过如下反应被消除： OH+O3 HO2+O2 HO2+O3 OH+2O2 总反应： 2O3 3O2 无论哪种途径，与氧原子的反应是决定整个消除速率的步骤。 平流层中HOx的消除 （a）自由基复合反应（HOx 消除的重要途径）,HO2 + HO2 H2O2 + O2 OH + OH H2O2 OH + HO2 H2O + O2 （b）与NOx 的反应 OH + NO2 + M HONO2 + M OH + HNO3 H2O + NO3 总反应： OH + NO2 H2O + NO3 形成的硝酸会有部分进入对流层然后随降水而被清除。（3）ClOx对臭氧层破坏的影响 平流层中ClOx的来源,（a）甲基氯的光解 甲基氯是由天然的海洋生物产生的，在对流层大气中可被HO分解生成可溶性的氯化物，然后被降水清除。但也有少量的甲基氯会进入平流层，在平流层紫外线的作用下光解形成Cl： CH3Cl CH3+Cl （b）氟氯甲烷的光解 氟氯烃类化合物在对流层中很稳定，停留时间较长，因而可以扩散进入平流层后，在平流层紫外线的作用下发生光解： CFCl3 CFCl2 + Cl,CF2Cl2 CF2Cl + Cl 每个氟氯烃类化合物通过光解最终将把分子内全部的Cl都释放出来。 (c)氟氯甲烷与O(1D)的反应 O(1D) + CFnCl4-n ClO + CFnCl3-n 同样，每个氟氯烃类化合物最终可以把分子内全部的Cl都转化形成ClO。 ClOx清除O3的催化循环反应,ClOx 破坏O3 层的过程可通过如下循环反应进行： Cl + O3 ClO + O2 ClO+O Cl + O2 总反应： O3 + O 2O2 与氧原子的反应是决定整个消除速率的步骤。 ClOx的消除 平流层中的ClOx 可以形成HCl： Cl + CH4 HCl + CH3 Cl + HO2 HCl + O2,HCl 是平流层中含氯化合物的主要存在形式。部分HCl 可以通过扩散进入对流层，然后随降水而被清除。在30km 以上的大气中，ClONO2 的含量也很显著。 （4）平流层中NOx、HOx与ClOx的重要反应 NOx、HOx 与ClOx 在平流层中可以相互反应，也可以与平流层中的其他组分发生反应，所形成的产物相当于将这些活性基团暂时储存起来，在一定条件下再重新释放。,形成HONO2 OH + NO2 HONO2 HONO2 + h OH + NO2 HONO2 + OH H2O + NO3 形成HO2NO2 HO2 + NO2 + M HO2NO2 + M HO2NO2 + h OH + NO3 HO2NO2 + OH H2O + O2 + NO2 形成ClONO2 ClO + NO2 + M ClONO2 +M ClONO2 + h Cl+NO3,形成N2O5 NO2 + O3 NO3 + O2 NO3 + NO2 + M N2O5 + M N2O5 2NO2 + O 形成HOCl ClO + HO2 ClOH + O2 HOCl + h Cl + OH HOCl + OH H2O + ClO,形成H2O2 HO2 + HO2 H2O2 + O2 H2O2 + h 2OH H2O2 + HO H2O + HO2 形成HCl Cl + CH4 HCl + CH3 Cl + HO2 HCl + O2,上述活性基团和一些原子（O）或分子化合物如O、HO、HO2、NO、NO2、Cl、ClO、ClONO2、N2O5 和HO2NO2 都已在平流层观测到，这进一步证实了人们所提出的臭氧层的破坏机理。综上所述，平流层中NOx、HOx 与ClOx 之间有着紧密的联系，它们在平流层所发生的一系列反应影响着平流层O3 的浓度和分布。,2、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