环境化学臭氧层的形成与损耗

臭氧层的形成与损耗 三 臭氧层的形成与消耗1 O3生成与消耗反应方程式生成反应 O2 h 243nm 2O O O2 M C M消耗反应 O3 h 210 290nm O2 O 或者 O O3 2O2 2 O3层破坏的催化反应机理O3层破坏主要有三类链反应 HOx NOx ClOx 1 NOx的催化作用 天然源 飞机排放 宇宙射线 平流层中的N2ON2O O 2NONO O3 NO2 O2NOx 清除O3的催化循环反应NO O3 NO2 O2NO2 O NO O2总反应 O O3 2O2NOx 的消除N NO N2 O2NO2 O N2O O 2 水蒸气 甲烷等的影响平流层中存在的水蒸气 甲烷 可与激发态氧原子形成含氢物质 HOX H OH与HO2 例如O3 h 210 290nm O2 O H2O O 2HOCH4 O CH3 HOH2 O H HOO3损耗约10 反应 OH O3 HO2 O2HO2 O3 HO O2总反应 2O3 3O2 3 天然或人为的氯 溴及其卤氧自由基的催化作用平流层中ClOx的天然源是海洋生物产生的CH3Cl h CH3 Cl 甲基氯 对流层稳定 氟氯甲烷的光解CFCl3 h CFCl2 ClCF2Cl2 h CF2Cl Cl氟氯甲烷光解产生的Cl 可破坏O3Cl O3 ClO O2O ClO Cl O2总反应 O O3 2O2 4 总结总结上述O3层破坏的反应过程 可得到 Y O3 YO O2O YO Y O2总反应 O O3 2O2 Y 上述可以消耗臭氧的物质可以相互作用 形成的产物相当于将这些物质暂时贮存起来 一定条件下重新释放 极地平流层的冰云中观测发现大量的物质 HONO2 HO2NO2 ClONO2 N2O5 HOCl HCl等 3 南极O3空洞的及其形成机制 1 极地O3空洞 1950年代最早在1985年 J C Farman 法曼 10月份南极的臭氧从1979年的290D U 1D U 10 5cm 0摄氏度 1标准大气压 减少到1985年的170D U 同时人们在北极地区也观测到了臭氧浓度下降的趋势但是在热带地区的平流层 没有发现臭氧减少的现象 2 极地O3损耗的化学机制太阳活动学说大气动力学学说化学机制说 氟氯化烃 从化学机制上主要有 氯溴协同机制 Cl O3 ClO O2Br O3 BrO O2BrO ClO Cl Br O2总反应 2O3 3O2 自由基链反应机制 HO O3 HO2 O2Cl O3 ClO O2ClO HO2 HOCl O2HOCl hv HO Cl 总反应 2O3 3O2 ClO二聚体链反应机制 Cl O3 ClO O2ClO ClO M ClO 2 M ClO 2 hv ClOO Cl ClOO M Cl O2 M总反应 2O3 3O2 3 极地O3损耗的全球大气动力学和气候学机制为什么仅仅在南极 北极出现臭氧空洞 为什么在热带地区的平流层中没有发现臭氧层的破坏 为什么在南极出现臭氧空洞比较大 从O3的空间分布角度分析 全球大气动力学 全球O3的空间浓度分布是赤道低 中高纬高 原因 但在极地的中心O3的浓度又比较低 原因 而且极地地区极低的气温 不利于O3的合成 从O3合成的时间分布分析 气候学 冬季的南极 气温极低 漫长的冬季 几乎没有O3的合成发生 晚东早春 南极的气温达到了最低点 Cl原子的临时储存库但是由于在南极的漫长冬季里 阳光不会强烈 极夜 在早春 南极的阳光一下子强烈 大量在冬季累积的HOCl和Cl2导致O3在短时间内的大量破坏随着极地的温度逐渐升高南极臭氧逐渐得到恢复 臭氧空洞就会减少 首先太阳光逐渐增强 导致有更多的O3合成 其次 温度的升高将极地平流云升华 Cl原子的临时储存库消失再次 温度的升高 空气比重减小 极地环流减弱 4 保护臭氧层国际公约1977年3月由联合国环境规划署在美国华盛顿召开32国专家会议 通过世界第一个关于臭氧层的行动计划 要求进行臭氧层损耗的研究 损害评价 成立国际协调结构等 1985年联合国环境规划署在奥地利的维也纳颁布 保护臭氧层维也纳公约 虽然人们早就发现CFC对破坏臭氧层有重大贡献 但是必须限制CFC排放的国际舆论是在1985年南极臭氧空洞出现以后才出现的 1987年 加拿大 蒙特利尔 关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书 1989年1月1日生效 对世界CFC类物质的生产和使用 规定了限制时间表 人们仍发现 即使严格执行 议定书 大气中的Cl今后50年内仍会翻一倍 所以联合国连续在1989年3月召开保护臭氧层伦敦会议 公约 议定书 缔约国会议等 强调保护臭氧