21当前全球性的环境问题ozonehole

第一讲当前全球性的环境问题GlobalIssues1第二节臭氧层的破坏臭氧层的破坏ozonospheredepletion臭氧的科学发现与背景什么是臭氧层空洞臭氧层遭到破坏的主要原因臭氧层空洞的危害臭氧层保护的发展历程NASA宣布，南极上空2000年9月3日的臭氧层空洞面积达到2830万平方公里，就像一个巨大的蓝色水滴。臭氧的科学发现与背景臭氧在大气中的含量非常微少，仅占一亿分之一。臭氧层存在于距地高度20～30km范围平流层中，其中臭氧含量占这一高度上空气总量的十万分之一臭氧含量虽然极微，却具有非常强烈的吸收紫外线的功能，它能吸收波长为200～300nm的紫外线。正由于臭氧层能够吸收99％以上来自太阳的，对生物具有极强的杀伤力的紫外辐射，从而保护了地球上各种生命的存在、繁衍和发展，维持着地球上的生态平衡。臭氧层的作用保护作用吸收300µm以下的紫外线，主要是一部分中波UV-B（290－320µm)和全部短波UV-C(290µm)加热作用吸收紫外线转化为热能温室气体的作用臭氧减少会产生地面气温下降的动力将地球上臭氧压缩至1个大气压，其厚度仅3mm臭氧层的作用大气对紫外线辐射的吸收臭氧层的位置臭氧在距地25km浓度最大臭氧的科学发现与背景全球大气中臭氧总量约有30亿吨，如果在摄氏零度的温度下，沿着垂直于地表的方向将大气中的臭氧全部压缩到一个标准大气压，那么臭氧层的总厚度只有3毫米左右。这种用从地面到高空垂直柱中臭氧的总层厚来反映大气中臭氧含量的方法叫做柱浓度法，采用多布森单位（Dobsonunit，简称D.U.）来表示，正常大气中臭氧的柱浓度约为300D.U.。臭氧层空洞定义定义：大气平流层中的臭氧层浓度下降的现象称为臭氧层空洞。臭氧洞被定义为臭氧的柱浓度小于200D.U.，即臭氧的浓度较臭氧洞发生前减少超过30%的区域。Ozonehole臭氧层破坏情况2000年：2800万平方公里2001年：2500万平方公里自1975年以来，南极上空每年早春(南极10月份)总臭氧浓度的减少超过30％。1985年，南极上空臭氧层中心地带的臭氧浓度极为稀薄，近95％被破坏，出现所谓的臭氧层“空洞”。到1994年，南极上空的臭氧层破坏面积已经达2400万km2。臭氧空洞发生的持续期间和面积不断延长和扩大，1998年的持续期间为100天，比1995年增加23天，而且臭氧洞的面积比1997年增大约15％，几乎可相当于3个澳大利亚。科学家观察证实，近40年来，大气中臭氧层的破坏和损耗越来越严重。南极上空的臭氧层是在20亿年里形成的，可是在一个世纪里就被破坏了60％。北半球上空的臭氧层比以往任何时候都薄。欧洲和北美上空的臭氧层平均减少了10％～15％，西伯利亚上空甚至减少了35％。20世纪80年代，中国昆明上空臭氧平均含量减少1.5％，北京减少5％。南极上空的臭氧层空洞一般每年8月份出现，9月份至10月份空洞范围最大，12月份前后消失。臭氧层遭到破坏的主要原因臭氧层损耗原因目前还在探索之中，仍然存在着不同的认识，但人类排放的许多物质能引起臭氧层破坏已成了不争的事实。这些物质主要有氟氯烃(CFCs)、哈龙、氮氧化物、四氯化碳以及甲烷等，其中破坏作用最大的为哈龙与氟氯烃类物质。臭氧层被破坏的原因臭氧层4亿年前形成，之后基本未遭破坏，直至上世纪。含“氯”和含“溴”的人工化学品的排放消耗臭氧层物质（ODS）共6类96种，中国有6类16种，包括：全氯氟烃(CFCs)，哈龙，四氯化碳，甲基氯仿，甲基溴，含氢氯氟烃(HCFCs)用途：制冷剂、发泡剂、清洗剂、灭火剂、气雾剂、化工助剂、杀虫剂什么是氟氯碳化物(CFCs)？它是二十世纪化学界最伟大的发明无臭、无毒、不可燃、不伤物料常温常压下为气体，由液体转变为气体时体积变得极大，并且吸收大量热能可溶解多种化学物，如香水、杀虫剂等表面张力低、溶解度大在低空对流层环境中相当稳定在大气中寿命达50至100年化学物质来源CFC-11,CFC-12用于火箭的燃料气溶胶、制冷剂、发泡剂及溶剂CFC-22制冷剂CFC-113溶剂甲基氯仿溶剂四氯化碳生产CFC及粮食熏烟处理哈龙1301,哈龙1211灭火器氧化氮工业活动副产品二氧化碳化石燃料燃烧副产品甲烷农业产品及采矿活动的副产品CFC’s产品冷媒灭火器发泡剂CFCs和其他消耗臭氧化合物的特性化学名字化学式主要用途和来源1992年大气中浓度/ppt大气中寿命，τ/aCFC-11CFC-12CFC-113CFC-114四氯化碳甲基氯仿Halon-1211Halon-1301Halon-2402HCFC-22HCFC-141bHCFC-142bCCl3FCCl2F2C2Cl3F3C2Cl2F4CCl4CH3CCl3CBrF2ClCBrF3C2Br2F4CHF2ClC2H3FCl2C2H3F2Cl气溶胶喷射剂；发泡剂气溶胶喷射剂；制冷剂；发泡剂溶剂气溶胶喷射剂；制冷剂溶剂溶剂阻燃剂阻燃剂阻燃剂气溶胶喷射剂；制冷剂；发泡剂；溶剂；阻燃剂发泡剂；溶剂发泡剂；溶剂2685038220132135730.7100265010285300424.920652012.19.418.4生成臭氧的光化反应大气中最重要的两个吸收体为O2和O3O2+hvO+OO+O2+MO3+MO3+hvO2+O高能光子（游离态）触媒消耗氧分子，产生臭氧氟氯碳化物阳光照射释放氯原子和臭氧分子结合分解成氧气据估算，一个氯原子可以破坏10万个臭氧分子，哈龙释放的溴原子对臭氧的破坏能力是氯原子的30～60倍。该过程是三位化学家F.Sherwood.Rowland(什伍德.罗兰)、MarioMolina(马利奥.莫琳娜)、PaulCrutzeu(保罗.克里森)在1995年提出并总结的，因此获得了1995年诺贝尔化学奖。例如：H+O3HO+O2O+HOH+O2总反应：O+O32O2/H光CF2Cl2=CF2Cl+ClO3+Cl=ClO+O2ClO+O=O2+ClCl总反应式：O+O3=2O2O3+NO=NO2+O2O+NO2=NO+O2CFCs对臭氧层的破坏作用一个Cl自由基可以消耗数十万个O3许多氮氧化物也像CFCs一样破坏平流层中臭氧层，其中氧化亚氮(N2O)引人关注。N2O的光解和氧化作用可以形成NO，NO再与O3反应形成NO2和O2，从而使O3分解。N2O的人为来源是施用化肥、化石燃料燃烧等，天然来源有土壤中的细菌作用和空中雷电等自然现象。高空飞行的航空器、核试验等产生的NOX也可以使O3分解。据美国科学院估计，假如工业生产及豆科植物产生的氮肥增加1～2倍，全球的臭氧将减少3.5％。臭氧层损耗的危害①损害人的免疫系统、眼角膜及人体皮肤，尤其使患皮肤癌患者增加。紫外线增加对人类健康所造成的危害，以皮肤癌最为人熟知，而且为害最广。皮肤癌的罹患率与人种和纬度有关，例如同为10万人口的地区，美国德州就有100人以上罹患皮肤癌，瑞典为5~20人，而日本只有5人以下。换言之，一般以白种人的罹患率最高，居住地区则愈近赤道罹患率愈高。根据联合国相关组织的统计资料显示：大气总臭氧量若减少10%，皮肤癌的罹患率将增加26%，且每年全世界将新增加30万名以上的皮肤癌患者。臭氧层耗减对人类健康的影响•对人类健康的影响DNA改变，免疫机制减退麻疹、水痘、疱疹、细菌感染、真菌感染等皮肤癌基底细胞癌、鳞状皮肤癌恶性黑色素瘤白内障1%臭氧层的减少，将增加1－1.5万白内障眼晴在强烈紫外线照射下，会使透明角膜混浊，引起角膜炎，或是造成结膜充血的结膜炎，最严重的则是白内障。经动物实验证明，不仅强烈紫外线照射会引起白内障，即便是普通强度的紫外线，若一再反复照射，亦会渐渐发生白内障。据估计，大气臭氧量若减少10%，全世界将产生160~175万名新白内障患者。紫外线能导致白内障紫外线还会破坏免疫系统，减弱人体对病毒和病原菌的抵抗力，使更容易罹患传染性疾病。紫外线之所以会损害皮肤、眼晴及免疫系统，是因为紫外线能破坏人体内的蛋白质和核酸。②破坏地球上的生态系统。抑制植物的光合作用，损害植物叶片，使农作物减产。水生生态系统中的微生物、小型鱼虾和单细胞藻类减少、死亡，食物链被破坏，还可能导致某些生物物种的突变。紫外线破坏地球生态:海洋生物学家发现，由于臭氧洞季节性消长的现象，在臭氧洞涵盖范围之内海域生活的浮游植物，光合作用速率将降低约6~12%。浮游植物生长趋缓，将造成食物链中断的危机。美国马里兰大学曾经针对200种农作物进行研究，在温室内观察紫外线照射的影响，发现约有三分之二的种类，会有生长迟缓的反应。•对陆生植物的影响减少产量-如豆类、瓜类、卷心菜类改变遗传基因和再生能力降低品质•对水生物的影响减少浮游生物影响海洋食物链危害鱼、虾等动物的早期发育③引起新的环境问题。加剧光化学烟雾的形成增强大气温室效应加速材料的老化、分解、破坏，例如塑料老化、涂料变色、钢铁材料加速腐蚀等等。1980年，协调委员会提出了臭氧耗损严重威胁着人类和地球生态系统这一评价结论。1981年，联合国环境署理事会建立了一个工作小组，其任务是筹备保护臭氧层的全球性公约。1985年3月在奥地利首都维也纳通过了有关保护臭氧层的国际公约----“保护臭氧层维也纳公约”，该公约从1988年9月起生效。这个公约只规定了交换有关臭氧层信息和数据的条款，但对控制消耗臭氧层物质的条款却没有约束力。臭氧层保护的发展历程在“保护臭氧层维也纳公约”的基础上，为了进一步对氯氟烃类物质进行控制，在审查世界各国氯氟烃类物质生产、使用、贸易的统计情况的基础上，通过多次国际会议协商和讨论，于1987年9月16日在加拿大的蒙特利尔会议上，通过了“关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书”，并于1989年1月1日起生效。“蒙特利尔议定书”规定，参与条约的每个成员组织（国家或国家集团）将冻结并依照缩减时间表来减少5种氟利昂的生产和消耗冻结并减少3种溴代物的生产的消耗。5组氟利昂的大部分消耗量，将从1989年7月1日起，冻结在1986年使用量的水平上；从1993年7月1日起，其消耗量不得超过1986年使用量的80%；从1998年7月1日起，减少到1986年使用量的50%。1989年3-5月，联合国环境署连续召开了保护臭氧层伦敦会议与“公约”和“议定书”缔约国第一次会议—赫尔辛基会议，进一步强调保护臭氧层的紧迫性，并于1989年5月2日通过了“保护臭氧层赫尔辛基宣言”，鼓励所有尚未参加“保护臭氧层维也纳公约”及蒙特利尔议定书的国家尽早参加；同意在适当考虑发展中国家特别情况下，尽可能地但不迟于2000年取消受控氯氟烃类物质的生产和使用；尽可能早地控制和削减其它消耗臭氧的物质；加速替代产品和技术研究与开发。1990年6月20-29日，联合国环境规则署在伦敦召开了关于控制消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书缔约国第二次会议。这次大会又通过了若干补充条款，修正和扩大了对有害臭氧层物质的控制范围，受控物质由原来的2类8种扩大到7类上百种。规定缔约国在2000年或更早的时间里淘汰氟利昂和哈龙。到1995年，四氯化碳将减少85%；到2000年将全部淘汰。到2000年，三氯乙烷将减少70%；2005年以前全部淘汰。2000年之前需停止生产的气体2030年必须淘汰的气体CFC-11HCFC-22CFC-12HCFC-123CFC-113HCFC-124CFC-114HCFC-141bCFC-115HCFC-142b四氯化碳HCFC-225ca三氯乙烷HCFC-225cb哈龙－1211哈龙－1301哈龙－2402蒙特利尔议定书及其修订案所包括的损耗臭氧的气体消耗臭氧物质的排放削减蒙特利尔议定书主要成就全球参与。191个国家和地区20年后，已淘汰95%的ODS。臭氧层有恢复的迹象（2050-2075年）支持发展中国家-多边基金资金援助和技术转让高履约率对健康的益处；使全球避免了上百万皮肤癌和白内障。美国：2065年，避免630万皮肤癌死亡，节