臭氧层损耗

臭氧层消耗李巡案环境工程3109019014———臭氧层破坏的原因臭氧层生成臭氧层对紫外线的吸收效果contents臭氧层破坏状况及影响臭氧层被破坏的原因一臭氧层的生成臭氧层的分布在距离地球表面20-40Km的高空平流层中有一臭氧层，浓度高达百万分之十，占大气中总臭氧的90%以上，它是由于氧分子吸收了波长小于242nm的紫外线而形成的:生成的O3当受到波长为220–320nm的紫外线照射时又可以分解::因此，在高层大气中存在着臭氧的形成和分解两种光化学过程，这两种过程达到动态平衡，使臭氧含量长期保持在相应范围，结果形成了一个浓度相对稳定的臭氧层。二臭氧层对紫外线吸收效果臭氧层能够吸收太阳光中的波长306.3μm以下的紫外线，主要是一部分UV-B(波长290～300μm)和全部的UV-C(波长＜290μm)，保护地球上的人类和动植物免遭短波紫外线的伤害。只有长波紫外线UV-A和少量的中波紫外线UV-B能够辐射到地面，长波紫外线对生物细胞的伤害要比中波紫外线轻微得多。臭氧层对紫外线的吸收波长为200～315纳米的中短波紫外线对人体和生物有害。臭氧层破坏后对人体的危害？紫外线的危害状况dui紫外线指数是指当太阳在天空中的位置最高时（一般是在中午前后，即从上午十时至下午三时的时间段里），到达地球表面的太阳光线中的紫外线辐射对人体皮肤的可能损伤程度。紫外线指数变化范围用0－15的数字来表示，通常，夜间的紫外线指数为0，热带、高原地区、晴天时的紫外线指数为15。三臭氧层的破坏臭氧层空洞有资料观测分析表明，从1985至1995的10年间，北半球上空大气臭氧耗损平均达到5%，南半球上空臭氧损耗平均达3%，并且这种臭氧耗损趋势还在继续。1980年-1984年南极上空每年10月臭氧含量与同年3月份相比大幅度下降，出现了臭氧洞。臭氧层破坏状况1998年南极上空的臭氧空洞已经有2720万平方公里。20世纪90年代以来，南极臭氧洞继续发展，9-10月份期间，臭氧的破坏程度均达到臭氧洞出现之前同期臭氧平均值的60%-70%，臭氧洞最大覆盖面积约为20×106-24×106Km2,最低臭氧值在100Du左右。臭氧层破坏正在恶化。南极臭氧洞臭氧层破坏随季节变化破坏的趋势臭氧层破坏后的影响1对人体健康的影响243对水生生态系统的影响对生物化学循环的影响对陆生植物的影响对对流层大气组成及空气质量的影响臭氧层保护——蒙特利尔议定书四破坏的原因•在南极臭氧层被破坏之后，立即引起了科学界及整个国际社会的高度重视。•臭氧洞为什么发生在南极地区？•为什么臭氧耗损的规模如此之大？•为什么每年的臭氧洞发生在春季？对于这些涉及臭氧耗损的地域性、季节性及其规模的定性和定量研究一直是科学界的热点问题。臭氧层被破坏的原因•最初对南极臭氧洞的出现，有过三种不同的解释。一种认为，南极臭氧洞的发生是因为对流层的低臭氧浓度的空气传输到平流层，稀释了平流层臭氧的浓度。第二种解释认为，南极臭氧洞是由于宇宙射线的作用，在高空生成了氮氧化物的结果。臭氧层被破坏的原因他们认为人工合成的一些含氯和含溴的物质是造成南极臭氧洞的元凶。最典型的是氟氯碳化物（CFCs,俗称氟氯昂）和含溴化合物哈龙（Halons）。后来的科学证据证实，第三种观点是正确的。他们两位也因其发现了臭氧层耗损机制于1995年共同获得了诺贝尔化学奖。四破坏的原因破坏的原因人为释放的CFCs和Halons分子都比空气分子重。但这些化合物在对流层是化学惰性的，十分稳定，不能通过一般的大气化学反应去除。经过一两年的时间，这些化合物会在全球范围内的对流层分布均匀，然后主要在热带地区上空被大气环流带入到平流层。风又将它们从低纬度地区向高纬度地区输送，在平流层内混合均匀。在平流层内，强烈的紫外线照射使CFCs和Halons分子发生解离，释放出高活性的原子态的氯和溴，氯和溴原子也是自由基。氯原子自由基和溴原子自由基就是破坏臭氧层的主要物质。溴原子自由基也是以同样的过程破坏臭氧。还是以氯为例。如左图。臭氧层被破坏的原因•Cl·和Br·就是破坏臭氧层的主要物质，它们对臭氧的破坏是以均相催化的方式进行的。因此，也是催化剂。据估算，一个氯原子自由基可以破坏10万个臭氧分子，而由Halons释放的溴原子自由基对臭氧的破坏能力是氯原子的30-60倍。而且，氯原子自由基和溴原子自由基之间还存在协同作用，即二者同时存在，破坏臭氧的能力要大于二者简单的加和。大气平流层中的NO和NO2是进人平流层中的N2O光解或氧化而成的，而N2O则来源于大量施用的氮肥和微生物的转化。汽车尾气、炼钢、炼铁及火力发电厂排出的废气中都含有氮氧化合物。臭氧层破坏机制上述的均相化学反应并不能解释南极臭氧洞形成的全部过程。深入的科学研究发现，臭氧洞的形成是有空气动力学过程参与的非均相催化反应过程。为什么每年的南极臭氧空洞多发生在春季？(1)将Cl2和HOCl分解成原子氯，需要紫外线照射，但在冬天南极的紫外光极少，C12和HOCl的光解机会很小。当春天来临时，阳光返回南极地区，太阳辐射中的紫外射线使Cl2和HOCl开始发生大量的光解，产生大量的原子氯，从而造成严重的臭氧损耗。(2)春季后更多的太阳光到达南极，南极地区的温度上升，气象条件发生变化，结果导致南极涡旋逐渐消失，其他地区臭氧浓度较高的空气可以与南极空气换，使南极上空空气中的臭氧浓度升高，臭氧空洞随之消失。▲氯原子的催化过程可以解释所观测到的南极臭氧破坏的70%，另外，氯原子和溴原子的协同机制可以解释大约20%。臭氧层破坏机制之争大气物理学家S.F.Singer便是一名对臭氧消耗的严重性持反对意见的人。他认为，有许多证据表明火山对平流层中的氯贡献最大，远远超过了氟氯烷的影响。由于氟氯烷比空气重，能进入平流层的氟氯烷数量极少。而且，第一次发现南极臭氧空洞是在50年代，当时氟氯烷的使用还很不普遍。《臭氧恐慌中的空洞》则声称“证明了臭氧消耗理论是一个科学的骗局”。•美国科学进展协会的主席F.S.Rowland一一进行了批驳:1.关于“氟氮烷比空气重，因此它不能上升到平流层”氟氯烷确实比空气重，如果在一个静止的房间里喷洒，也确实是倾向于沉至地面。但是，别忘了大气层更象由一只大电扇搅动的房间:风把轻分子和重分子搅合起来，直到它们分散均匀，而不管它们的分子量是多少。用火箭从地球上空50公里处取得的气样中，氪-80和氖-20的含量之比和地表相比差别很小，虽然分子量相差4倍。而且，自从70年代中期以来，氟氯烷和其它的卤代烷已经在用气球和飞行器采集的平流层气样中检测到。•2.关于“氮的自然资源，如海水和火山带人平流层的氮要比氟氮烷所带人的多得多”海浪扬起的氯化钠确实大量进入了低层大气层。但由于它是水溶性的，雨水从对流层中迅速把它淋回地面。相反，氟氯烷在水中很难溶解，因而雨水洗不下来。火山确实也喷出氯化氢气体，但它也在对流层中被雨水淋洗下来。•3.关于“第一次发现臭氧空洞是在1956年，那时氟氮烷还未广泛使用.因此它肯定是一种自然现象”•Dobson及其同事1956年在南极上空测得的臭氧浓度并不代表全球性的普遍降低，而只是和他们所预料的不一样——他们本指望在9月份测得和3、4月份相近的臭氧浓度(450DU)，而结果只有300DU。在此后20年里，臭氧的含量几乎不变。然而，到了70年代末期，南极上空的臭氧浓度在每年9月开始下降，到11月才恢复。到了80年代中期，每年1至9月臭氧的浓度便急剧下降，在一个月里就消耗了南极臭氧的一半。•臭氧研究者确信氯和嗅所催化的臭氧消耗是全球的臭氧层变薄的罪魁祸首。Solomon所率领的1986年和1987年对南极进行的考察，以及Nasa1987年进行的复杂飞行得到的数据都证实，氟氯烷中的氯和含澳氟烷、溴甲烷是臭氧空洞的肇事者。Anderson小组对CIO进行的测量则更具说服力。1987年，他们发现在极地漩涡中的CIO浓度达1.3ppb(10亿分之1)，比正常的高两个量级。到9月中旬，他们清楚地观察到了两种物质之间的关系:CIO越多，03越少。•我支持科学研究的结果：1臭氧层破坏，自然原因占极少数，罪魁祸首是氟氯碳化物（CFCs,俗称氟氯昂）和含溴化合物哈龙（Halons）。2臭氧洞的形成不仅仅有非均相的过程，更多的是有空气动力学过程参与的非均相催化反应过程。3空气动力学过程中，南极空气下沉形成极地涡旋，该“封闭区”平流层云的云滴中含有HNO3·2H2O和冰晶，通过反应可形成破坏臭氧层的活性物质。ThankYou