从臭氧层的破坏机理谈臭氧层的保护

1 从臭氧层的破坏机理谈臭氧层的保护 xxx 摘要 摘要 大气臭氧层是维持整个地球生态系统平衡的重要因素 本文通过对臭氧层形成原因的探索 不仅概括性的描述了 氮氧化物 氢氧化物 氯氟烃类化合物等物质对臭氧层的破坏机理 而且从事例和化学两个角度论证了火山喷发以及大 气中氧被过度消耗等方面也是造成臭氧层破坏的元凶 从而在此基础之上 我们分析了臭氧层破坏给地球带来的影响 同时还根据臭氧层的破坏机理点对点的提出了保护臭氧层的相关对策 关键词关键词 臭氧层 破坏机理 影响 保护对策 0 引言 在离地面 10 50km 的大气平流层 集中了大 气中的 90 的臭氧 其中离地面 20 25km 臭氧浓 度值达到最高 称其为臭氧层 但是在臭氧层里 其臭氧浓度是很稀的 约 10ppm 不过他的作 用却不可忽视 首先他是地球生物的保护伞 因 为臭氧层阻断了太阳辐射中大部分紫外线 避免 地球上的人类和动植物受到短波紫外线的伤害 保证了地球生物的生存繁衍 其次是由于臭氧层 的高度分布 臭氧能将吸收太阳光照中的紫外线 转化为热能并加热大气 由此才使地球存在平流 层 最后臭氧层也具有温室的作用 由于在对流 层上部和平流层底部这一段温度很低的高空有了 臭氧的存在 才能有效的保证地面气温不下降 虽然臭氧层的作用巨大 但是由于臭氧化学 性质十分活泼 很容易与其他物质发生化学反应 因此臭氧层的破坏也日趋严重 1984 年 英国科 学家首次发现南极上空出现臭氧洞 1985 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 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 直径达上千公里 卫星 观测表明 此洞覆盖面积有时比美国的国土面积 还要大 到 1998 年 臭氧空洞面积比 1997 年增 大约 15 几乎相当于三个澳大利亚大 可见 如果任此速度发展 臭氧将损耗殆尽 1 臭氧层的形成 高空臭氧主要由光化学作用形成 太阳高能 紫外光撞击氧气分子会生成 2 个氧原子 生成的 氧原子与氧分子结合生成臭氧 臭氧又受到紫外 线或可见光的光子作用 反复分解并很快重新形 成 而一个氧原子与臭氧分子相撞时形成两个氧 分子 化学反应式如下 O3的生成 O2 hv 2O O O2 M O3 M O3的消失 O3 hv O2 O O3 O 2O2 由此可见 如果没有其他成分参加反应 以 上反应造成的臭氧净消耗为零 即大气中存在的 臭氧的生成和消除反应处于动态平衡 如果臭氧 层被破坏 那么一定存在某种物质打破了这种平 衡 2 臭氧层的破坏机理 2 1 氮氧化物氮氧化物 氮氧化物主要来自工业排放的废气 包括 NO NO2 N2O 等 此外农业氮肥和土壤中的硝 酸盐经反硝化细菌的脱氮作用 会分解产生氮氧 化物 N2O 其本不与臭氧发生反应 但受光照可 转化成 NO 此外 飞机在平流层中飞行也能造成 氮氧化物的增加 氮氧化物破坏 O3的机理为 2 NO O3 N O2 O2 NO2 O NO O2 总反应 O3 O 2 O2 由反应可见 NO 在反应中起催化作用 一个 催化剂分子可以同氧原子和臭氧组合多次反应 从而臭氧被氮氧化物所破坏 而随着氮氧化物的 增多 对臭氧层的破坏也明显加快 2 2 氯氟烃 氯氟烃 CFCCFC 类化合物 类化合物 氯氟烃由氯 氟和碳组成 主要作为制冷剂 气溶胶中的喷雾剂 产生泡沫的发泡剂 以及电 子原件的清洗剂 这类化合物化学性质虽然在平 常极不活泼 但正因为它的惰性对臭氧层造成了 严重的破坏 氯氟烃破坏 O3的机理 CF2Cl2 hv Cl CF2Cl O3 Cl ClO O2 ClO O Cl O2 总反应 O3 O 2O2 科学研究表明 在失去活性或返回到对流层 之前 每一个氯原子可破坏 10 万个 O3分子 除 氟里昂外 其他卤代烷烃如 CF3Br 哈龙 CCl4 氯仿 CH3Br 甲基溴 等同样会破坏 O3 且 Br 破坏 O3的能力比 Cl 更强 氯氟烃可在大气 中保留数十年之久 因此 即使现在立即停止释 放氯氟烃 这种破坏也将持续到下一个世纪 2 3 HOX 破坏破坏 O3 的机理的机理 平流层 HOX 主要是由 H2O CH4 或 H2与 O 反应而生成的 反应式为 H2O O 2HO CH4 O CH3 HO H2 O H HO HO O3 HO2 O2 HO2 O HO O2 总反应 O3 O 2O2 2 4 其他破坏臭氧的论据其他破坏臭氧的论据 2 4 1 火山爆发破坏臭氧火山爆发破坏臭氧 有部分学者曾经在 1989 年提出火山爆发可能 加剧臭氧耗损的想法 原因是火山喷发出的以硫 为主的气溶胶将会产生暂时性的极地平流层 这 将加大氯氟烃对臭氧的破坏作用 后来的相关事 例也相继印证了这一想法的正确性 91 年 6 月菲 律宾皮纳图火山爆发后 喷出将近 2 千万吨的二 氧化硫 同年在加拿大极北边界上发现了几乎可 以肯定来自皮纳图火山的含硫气溶胶 而两年后 智力哈得逊火山爆发一个月之后 在南极上空检 测到臭氧层平均减少了 10 15 11km 13km 和 25km 30km 上空的上下平流层多达 50 的臭氧 遭到了破坏 2 4 2 大气中氧被过度消耗大气中氧被过度消耗 我们知道 2mol 臭氧转化成 3mol 氧气的反应 是一个可逆的反应 由此我们即可以大胆推测一 旦大气中的氧被过度消耗 那么将会导致化学平 衡的右移 从而臭氧被大量消耗 事实证明了这一推测 大气中的氧浓度直接 与地球上被固定的碳有关 倘若碳库被打开 碳 过度使用 必然会造成氧气的过度消耗 从而使 大气中的氧气浓度降低 促使臭氧的分解 进而 臭氧层变薄 3 臭氧层破坏带来的影响 臭氧层的耗减产生的直接结果就是使太阳光 中的紫外线 UV B 到达地面的数量增加 紫外线 UV B 能破坏蛋白质的化学键 杀死微生物 破坏 动植物的个体细胞 损害其中的脱氧核糖核酸 DNA 引起传递遗传特性的因子变化 发生生物 的变态反应 如此一来 人类将受到不可估量的 灾难 3 3 1 对人类健康对人类健康 由于臭氧层的破坏 太阳紫外线中的短波紫外 线将更容易的通过臭氧到达地面 短期照射会使 得皮肤病 白内障患者增加 长期反复照射将引 起人体细胞内 DNA 的改变 细胞的自身修复能力 减弱 免疫机能减退 皮肤发生弹性组织变性 角质化以至皮肤癌变等 据统计 臭氧层减少 1 可使有害短波紫外线增加 2 其结果是将皮肤病 的发病率提高 2 3 2 对陆生植物对陆生植物 紫外线 UV B 辐射强会引起某些植物物种的化 学组成发生变化 影响农作物在光合作用中捕获 光能的能力 造成植物获取的营养成分减少 生 长速度减慢 3 3 对水生生物对水生生物 紫外线 UV B 辐射对鱼 虾 蟹 两栖动物 和其它动物的早期发育阶段都有危害作用 最严 重的影响是繁殖力下降和幼体发育不全 3 4 对城市环境对城市环境 城市工业在燃烧矿物燃料时排放的氧化氮 与某些工业和汽车所排放的挥发性有机物 同时 在紫外线照射下会更快地发生光氧化反应 引起 光化学烟雾污染 进而恶化城市环境 损害人体 健康 3 5 对建筑材料对建筑材料 紫外线辐射的增加会加速建筑 喷涂 包装 及电线电缆等所用材料 尤其是聚合物材料的降 解和老化变质 由于这一破坏作用造成的损失估 计全球每年达到数十亿美元 3 6 对气候变化对气候变化 温室效应及光化学烟雾污染都与 CFC 排放有 关 据分析 目前全球气候有变暖的趋势 在众 多的相关因素中 约有 10 25 是由 CFC 的作 用引起的 4 臭氧层的保护对策 可预见的是 臭氧层空洞带来的灾害远不止 这些 当下要做的就是深刻意识到臭氧空洞的严 重 通过对臭氧破坏的机理分析 从源头上减少 甚至杜绝一切有可能对臭氧产生破坏的物质或行 为 4 1 减少氮氧化物的排放减少氮氧化物的排放 氮氧化物的产生大多来源于能源燃料的燃烧 因此 要减少氮氧化物的排放 就应该合理的减 少对化石燃料的依赖 同时开发新型的清洁能源 4 2 减少氯氟烃类化合物的排放减少氯氟烃类化合物的排放 氯氟烃类化合物在生产生活中并不是不可或 缺的 因此完全可以通过减少甚至停止氯氟烃的 生产和使用 努力寻求氯氟烃类化合物的相关无 氯代用品的方法来防止其对臭氧层的破坏 早在 19 世纪 80 年代 美国 比利时 葡萄 牙以及北欧国家就采取了相应措施禁止部分氯氟 烃化合物的生产 许多化学公司也想方设法寻找 新的代用品 并取得了不小的突破于成功 4 3 减少氧气的消耗甚至修复臭氧层减少氧气的消耗甚至修复臭氧层 减少氧气的消耗实质上是减少碳库的排放 碳排放问题则涉及到煤 石油 天然气等能源燃 料的利用 因此 开发像原子能 水能 风能 太阳能等不耗氧又清洁丰富的能源不失为明智之 举 如果说氧气消耗使得臭氧被破坏的论点成立 那么只要使臭氧与氧气的转化反应处于动态平衡 或是逆向进行 修复臭氧层并非痴人说梦了 因 此 加大植树造林来增加地球表面植被的覆盖量 4 同时保护水体不被污染 增加水生植物的含量等 增加大气中氧浓度的措施也是可行的 4 4 继续对臭氧破坏展开科学研究及学术大讨论继续对臭氧破坏展开科学研究及学术大讨论 人们在研究人为造成的破坏并积极加以控制 的同时还应对臭氧的形成和消失的自然机理继续 进行积极的探索 进一步研究臭氧耗损所造成的 各种危害 积极寻找解决臭氧耗损问题的新方法 比如臭氧层的破坏与太阳活动有什么关系 是否 还有更复杂的化学原因和其它来自宇宙的影响 是否可以在平流层人为排人某些化学物质来减少 臭氧的消耗而有利它的生成 这都有赖于人的进一 步研究和探索 4 5 提高环保意识提高环保意识 进行广泛的环境教育 普及环境保护的基础 知识 提高人们的环境意识 才能从根本上让地 球的主人意识到臭氧层空洞危害的严重性 4 6 从法律上保护臭氧从法律上保护臭氧 臭氧层损耗带来的危险已经引起了国际社会 的广泛关注 为了保护臭氧层免遭破坏 更好的 维护我们赖以生存的家园 政府应该及时实时制 定有关保护臭氧层的政策 国与国之间应该相互 建立臭氧层保护法律约束机制 相互监督破坏臭 氧层物质的排放 同时 国际相关组织也应该领 导世界各国签订相关臭氧层维护公约 控制破坏 臭氧层物质的排放 5 结语 臭氧层的破坏将对生活在地球上的人类和生 物产生了极大地危害 通过研究臭氧层的形成与 破坏机理 从根源上寻找保护臭氧层的切实可行 的解决办法 是新世纪全人类的共同责任 行动 起来吧 保护我们赖以生存的家园 参考文献参考文献 1 王豪主编著 生态环境知识读本 化学工业出版社 1999 2 马双忱编著 环境化学 2003 年 7 月 3 吴香梅 浅谈臭氧层破坏的环境影响及控制对策 丽水师 范专科学校学报 2003 年 4 月第 25 卷第 2 期 4 杨启文 同温层臭氧层破坏的机理 环境科学与技术 1991 年第 1 期 5 胡良民 阎卫阳 论臭氧层破坏与保护 中学地理教学参 考 2001 No 5 6 胡耐根 臭氧破坏对人类和生物的影响 安徽农业科学 2010 年第 38 期 7 林永达 陈庆云 大气臭氧层破坏和 CFCs 替代物 化学 进展 1998 年 6 月第 10 卷第 2 期 8 叶怀义 张燕 臭氧破坏的另一个原因 大气中氧气被 过度消耗 9 唐坷 提淑华 CFC 对臭氧层的破坏作用及其控制对策 环境保护科学 1994 l 10 彭新宇 金发忠 论特色农业的理论内涵及发展模式 J 湖湘论坛 2006 5 65 66 11 王俊萍 大气臭氧层的形成及破坏机理的研究 内蒙古 石油化工 2006 年第 2 期 12 MICHAEL BRUNO Optimal patterns of trade and development J Review of Eeonon ies and statisties 1997 49 545 554 肖宏 三门峡市特色农业发展模式研究 D 郑州 河南农业大学 2007 9 13 肖宏 三门峡市特色农业发展模式研究 D 郑州 河南农 业大学 2007 9 14 杨建国 姚爱 甘肃特色农业与农业产业化经营的结构 与组织模式选择 J 科学经济社会 2005 2 14 18 15 钱谊 肖兴基 大气臭氧层破坏对生态的影响 16 王云采 臭氧层变薄威胁人类的健康与生命 J 生活与 健康 2005 9 25 27 17 李莉 臭氧层的破坏及其影响 J 河北理工学院学报 2003 3 10 3 1 05 胡少峰 张洁清 国际保护臭氧层合作 的发展与展望 J 环境保护 2000 9 45 48 18 胡少峰 张洁清 国际保护臭氧层合作的发展与展望 J 环境保护 2000 9 45 48 19 董凡 我国保护臭氧层的立法对策与措施 J 能源与环 境 2005 4 42 44 Discussion on the protection of the ozone layer from the destruction mechanism of ozone layer Abstract Atmospheric ozone layer is an important factor to maintain the balance of the global ecosystem In this paper the 5 cause