臭氧层的形成与耗损

1、臭氧层的形成与耗损臭氧层的形成与耗损 v在天际遨游时遥望地球， 映入眼帘的是一个晶莹 透亮的球体，上面蓝色 和白色的纹痕相互交错， 周围裹着一层薄薄的水 蓝色“纱衣”。地球， 这位人类的母亲，这个 生命的摇篮，是那样的 美丽壮观，和蔼可亲。 但是 南极臭氧洞的发现 v70年代中期，美国科学家发现南极洲上空 的臭氧层有变薄现象。80年代观测发现， 自每年9月份下旬开始，南极洲上空的臭 氧总量迅速减少一半左右，极地上空臭氧 层中心地带，近90%臭氧被破坏，若从地 面向上观测，高空臭氧层已极其稀薄，与 周围相比象是形成了一个直径上千公里的 洞，称为“臭氧洞”。 v卫星观测表明，1987年10月，南极

2、上空的臭 氧浓度降到了1957年-1978年间正常水平的 一半，臭氧洞的面积扩大到足以覆盖整个欧 洲大陆。从那以后，臭氧浓度下降的趋势在 加快，空洞面积也在不断扩大，1994年10月 曾一度蔓延到南美洲最南端的上空。1998年， 南极的臭氧空洞已经扩大到2700万平方公里， 快接近三倍的中国国土面积。 历年来南极臭氧浓度最底值变化情况 历年来南极臭氧洞的平均面积 大气臭氧层的形成 O2 + hv O+ O（243nm) 2O + 2O2 + M 2O3 + M 总反应 : 3O2 + hv 2O3 大气臭氧层的作用 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

3、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910-8gL- 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。 大气中臭氧层现状及发展 v这是美国航空航天局用卫星 测绘出的南极臭氧层空洞， 左图是去年9月24日的臭氧 层空洞图像，虽然只有一个， 但其面积比

4、北美洲还大。右 图是今年9月24日的图像， 科学家首次发现臭氧层空洞 居然一分为二，但总面积比 去年减少了40%，科学家认 为这要归因于南极洲气温的 上升。 v1987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; v1994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1995年观测到的臭氧洞的天数是77天; v1996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; v1997年至今，科学家进一步观测到臭氧洞发生的时 间也在提前; v1998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

5、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。 v这一迹象表明，南极臭氧洞的损耗状况正在恶化之这一迹象表明，南极臭氧洞的损耗状况正在恶化之 中。中。 v在我国青藏高原上空，科学家们发现，每年 夏季（5-8月）出现明显的臭氧异常低值中心， 该中心逐年在加深，平均每年递减率达 0.35%。 v2000年1-3月期间，北极上空臭氧层耗损曾经 达到60%，是历史上该地区臭氧层耗损的最 高水平。 v当南极的春季来临（九月下旬），阳光照射 冰云，冰晶融化，释放吸附的氯氟烃类物质。 在紫外线的照射下，分解产生氯原子，与臭 氧反应，形成季节性的“臭氧空洞”。 v因为北极没有极

6、地大陆和高山，仅有一片海 洋冰帽，形不成大范围的强烈的“极地风 暴”，所以不易产生象南极那样大的臭氧洞。 但是，北极上空的臭氧在不断地减少。 臭氧空洞的成因 v臭氧层损耗臭氧层损耗是臭氧空洞的真正成因。 v臭氧层是如何耗损的呢？是什么原因导致臭氧层的 破坏呢？科学家认为，臭氧急剧耗损不是由已知的 自然现象引起的，而是人为的活动起决定性的作用。 是某些人类活动所散发的物质进入臭氧层，引起臭臭 氧的损耗。氧的损耗。 v这些物质有含氯氟烃类、有机溴化合物、氧化亚氮 及超音速飞机排放氮氧化物、甲烷、水汽和二氧化 碳等。 v人为消耗臭氧层的物质主要是： v广泛用于冰箱和空调制冷、泡沫塑料发泡、 电子器件

7、清洗的氯氟烷烃（CFxCl4-x，又称 Freon） v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。 v氯氟烃类物质，由于性质稳定、不易燃 烧、易于储存、价格便宜而被广泛用作 致冷剂、喷雾剂、发泡剂及清洗剂等。 日常生活的许多方面，如吸烟、家用电 器、沙发、冰箱、空调使用等都涉及到 氯氟烃类物质的使用。 v氯氟烃类物质化学稳定性好，寿命长，不易 在对流层分解，扩散入臭氧层，受到短波紫 外线的辐射，分解出氯原子自由基。 v由哈龙等有机溴化合物（主要用做消防灭火 剂，大棚种植蔬菜用到甲基溴做薰土剂，干 洗衣服也用到含溴化合物）释放的溴原子对 臭氧的破坏力是氯原

8、子的30-60倍，它也是臭 氧损耗的“罪魁祸首”。 臭氧的消耗过程 其一为光解 主要是吸收波长为210nm290nm的紫外光的 光解： 03+hv02+O 此过程就是臭氧层吸收了来自太阳的大部分紫 外光，从而使地面生物不受其伤害的原因。 另一消耗过程为：03+O202 臭氧层破坏的催化过程 Y+O3 YO+O2 YO+O Y +O2 Y物种有：NOX（NO、NO2） HOX（HO、HO2） ClOX（Cl 、 ClO ） 总反应 ： O O3 2O2 CFxCl4-xhvCFxCl3-xCl Cl O3ClO O2 ClO O Cl O2 总反应式为： O O3 2O2 CFxBr4-xhvC

9、FxBr3-xBr Br O3BrO O2 BrO O Br O2 总反应式为： O O3 2 O2 v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。 vNO对臭氧层破坏作用的机理为： O3NONO2O2 NO2O NOO2 总反应式为：O O32O2 v平流层中的HOX主要是由H2O、CH4或H2与 O2而生成的： H2O+O 2HO CH4+O CH3+HO H2+O H +HO vHO破坏O3的机理为： HO O3HO2 O2 O HO2HO O2 总反应式为：OO32O2 vCFCl3 hvCFCl2+Cl vCF2Cl2hvCF

10、2Cl+Cl vCl破坏O3的机理为： Cl O3 ClO O2 ClO O Cl O2 v总反应式为：OO32O2 v氯原子自由基作为催化剂与臭氧反应，就 象一辆辆“运运”臭氧的车子，不断地来回 搬运臭氧，臭氧在不断减少，而氯原子却 不见消耗。一个氯原子自由基能够消耗十 万个臭氧分子。 臭氧空洞的危害 v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 v波长等于290320nm的辐射段称为紫外线B段 （即B类紫外线） vB类紫外线灼伤称为B类灼伤(红斑病); v能损耗皮肤细胞中遗传物质，导致皮肤癌;

11、 v可对眼睛造成损坏，导致白内障; v抑制人类和动物的免疫力 ,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 ; v会对自然生态系统和作物造成直接或间接的影响 : vB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 ; v会造成某些生物减少或灭绝 ,引起海洋生态系统的 破坏 ; v会损害浮游植物 ,使温室效应加剧 ; v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 ; v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

12、染的机率增加。 v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。 修补臭氧层的措施 v1985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保护臭氧层维也纳公约 ； v1987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关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书； v1990年通过关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书伦 敦修正案 ； v1992年通过了哥本哈根修正案哥本哈根修正案 ； v1995年起，每年的9月月16日为日为“国际保护臭氧层日国际保护臭氧层日” v1989年 ，中国加入了保护臭氧层维也纳公约 v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 v1991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 v1991年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 v1999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。