ods物质概论与保护

1、物质概论与保护、简述上世纪70年代，美国的两位科学家首次注意到人类制造的氟氯化碳类物质可能与臭氧层的破坏有关，并进一步发现释放到大气中的氟氯化碳类物质会在大气中停留大约10年，最终上升到平流层。在平流层中经紫外线照射，氯原子会从氟氯氢原子中分离出来并与臭氧发生反应，将其分解成氧气和一氧化氯；一氧化氯随即会与游离氧发生反应，生成氯原子开始下一个循环。这种反应周而复始，从而使一个氯原子可以破坏成千成万的臭氧分子，打破臭氧层中原有的动态平衡。 随着时间的推移，排放到大气层中的氟氯化碳类物质不断增多，臭氧数量急剧减少，臭氧层会变得越来越薄，结果会使更多的紫外线进入地球表面生物圈。其实破坏臭氧层的物质对

2、我们而言并不陌生，在日常生活中它几乎无处不在。冰箱、空调、电子产品、灭火器材、烟草、泡沫塑料、发胶、杀虫剂等产品的生产过程或使用过程中，人 们大量使用的人造化学物质很多都具有破坏臭氧层的能力。科学家把这些破坏大气臭氧层、 危害人类生存环境的化学物质称为消耗臭氧层物质”（ozone depleting substances），简称ODS许多科学研究证明，工业上大量生产和使用的全氯氟烃（CFCs）、全溴氟烃（哈龙）等物质，当它们被释放并 上升到平流层时，受到强烈的太阳紫外线UV-C的照射，分解出 Cl和Br自由基，这些自由基很快地与臭氧进行连锁反应，每一个Cl自由基可以摧毁10万个臭氧分子。人们把

3、这些破坏大气臭氧层、危害人类生存环境的物质称为“目前认为ODS包括下列物质：CFC哈龙（Halon ）、四氯化碳、甲基氯仿、溴甲烷以及HCFC HBFC等目前大量使用的ODS主要包括下列几类物质：全氯氟烃：主要用作制冷剂、清洗剂和发泡剂；哈龙：主要用 作灭火剂；四氯化碳：主要用作化工生产的助剂和清洗剂；甲基氯仿：主要用作清洗剂；甲 基溴：主要在农业种植、粮食仓储或商品检疫中用作杀虫剂；含氢氯氟烃：主要用作制冷剂、清洗剂和发泡剂。以上这些物质破坏臭氧层的能力不同，为了便于衡量，科学家们通过科学试验为这 些物质建立了破坏臭氧层潜能值 （即ODP直）。哈龙是破坏臭氧层能力最强的，其次为四氯化碳，全氯

4、氟烃，甲基氯仿，甲基溴以及含氢氯氟烃。我们要保护臭氧层，首先就要减少这些 人造化学品向大气的排放。当科学家认识到臭氧层的破坏和人工合成的全氯氟烃类物质有关后，臭氧层破坏问题引起全球的重视，虽然臭氧层的耗损主要是由于发达国家大量使用消耗臭氧层物质造成的，但由此引起的灾难性影响却有可能波及全球。二、大气臭氧层对于我们生活的意义谈到大气臭氧层，你也许会想到紫外线、 辐射等等的名词，因为它能抵御紫外线的侵袭; 也许会联想到南极的臭氧层空洞，甚至气候变化等等的名词，因为每年全球气候关注的重点中都少不了它。那么大气臭氧层究竟如何影响着我们的生活？对我们的环境有何意义呢？相 信很少有人能够给出准确的答复。“

5、说到大气臭氧层，那肯定要先从臭氧自身说起了。”王维和指出，臭氧自身无论是从化学式还是从形态上来说，都不算是特别复杂， 因此我们中学时期的化学、地理等科目都会对其有些接触。臭氧（分子式 03）是大气中自然存在的微量气体，具有一种与氯气相似的刺鼻的淡臭味，所以得此名。气态臭氧呈天蓝色，在液态时变成暗蓝色，在固态时几乎是黑色的。臭氧的熔点是-250 C,沸点为-111 Co与我们可以呼吸到的氮气、氧气等气体有所不同，臭氧仅占大气体积的千分之一左右，且主要存在于大气的平流层，约1530公里的高度范围内，也就是我们俗称的”大气臭氧层,在20公里附近，臭氧浓度最高，因此，在我们生活在地面上，是基本呼吸不到

6、臭氧的。”虽然臭氧在大气中仅占微小的比例，又远离我们的日常生活，但其对地球的生命， 环境乃至气候都至关重要，王维和总结出以下几个方面：对生命的保护作用。大气中的臭氧吸收了大部分对生命有破坏作用的太阳紫外线，对地球生命形成了天然的保护作用。太阳紫外线中波长小于290纳米的部分被平流层臭氧分子全部吸收，但波长为290-320纳米，也就是通常所说的UV-B波段的紫外线也有90%被臭氧分子吸收，从而大大减弱了它到达地面的强度。如果平流层臭氧的含量减少，则地面受到的UV-B段紫外辐射的强度将会增加。可以说没有臭氧，地球上的生命就无法存在。臭氧层阻描太阳紫外线二、对环境的影响在对流层中，臭氧是一种有害的污

7、染物，是光化学烟雾的组成部分，工业生产和自然过程如闪电，都会增加对流层中的臭氧含量。对气候的影响臭氧是引起气候变化的主要因子，同时又是重要的氧化剂， 在大气光化学过程中起着重要作用。臭氧吸收了太阳光中的大部分的紫外线并将其转换为热能从而加热大气，也能吸收9-10微米的热红外线， 使大气层加热。正式由于臭氧的这一特性，使得地球上空1550公里的大气层中存在着升温层（逆温层），因此，臭氧对平流层的温度结构和大气运动起决定性的作用，而大气的温度结构对于大气的循环具有重要的影响，臭氧浓度的变化不仅影响到平流层大气的温度和运动， 也影响了全球的热平衡和全球的气候变化。除此之外，在对流层中，臭氧因对红外线

8、的吸收作用而被称为温室气体之一。由此我们清晰地看出，大气臭氧层对于我们生活的意义。但可惜是，在各种人为因素的影响下，大气中臭氧的浓度呈现出不同的变化趋势，一方面是在对流层中作为污染气体和温室气体的臭氧逐渐增加，另一方面作为生命天然屏障的平流层中的臭氧的呈现减少的趋势， 特别是在南极，每年的8月份到年底会形成覆盖整个南极大陆的臭氧洞。为何会有南极臭氧空洞？为了更好地解释南极臭氧空洞”这个大气现象，我们在这里首先引入一个概念Dobson,处于纪念发明观测大气臭氧的英国物理学家的缘故，国际上通用的臭氧含量的单位为多普生单位，即 Dobson （DU）。1个DU相当于在0C时一个标准大气压下百分之一厘

9、米 气柱长度，大气中臭氧的平均柱含量大约为300DU据王维和介绍，南极臭氧的减少最早是在 20世纪70年代由英国科学家通过地面观测 首次发现的，上图为南极地区10月份臭氧平均浓度自20世纪60年代到20世纪末期的变化趋势 10月份南极臭氧的平均含量从 20世纪60年代的300DU到20世纪末期降到100DU左右，几乎减 少了三分之二。到了 20世纪70年代末，人类通过卫星首次绘制了南极臭氧分布和南极臭氧洞图像。下面这张图则是搭载在美国雨云 7号卫星（NIMBUS-7）上的臭氧总量测绘光谱仪（TOMS绘制的 南极臭氧洞变化图， 从图中可以看出，南极臭氧洞从20世纪80年代开始逐步加剧。 臭氧洞通

10、 常指的臭氧总含量低于 220DU的区域。“通常来说，南极臭氧洞每年的 8月份开始形成，10月初面积达到最大，覆盖的区域甚 至超过了南极大陆，臭氧浓度也降到最低水平。 通过前面两张图片，清楚地说明了一个问题： 南极上空的臭氧层空洞，成一个波动增大的趋势。 ”王维和简单地总结了一下南极臭氧层空洞的规律，那么究竟是何原因导致了这一现象呢？“关于臭氧洞的成因，目前全世界各国科学家普遍接受的解释是，臭氧洞是由臭氧消耗物质在南极特殊的气象条件下形成的。”王维和描述道，在每年南半球的冬季的南极形成寒冷的涡旋，气象学家称之为极涡。极涡的形成将南极大陆的冷空气与外界空气隔绝，使得赤道地区的臭氧无法与南极上空的

11、空气混合。同时，由于极涡内空气的温度可降至-80 C以下，在平流层中形成了特殊的云，即极地平流层云。平流层云滴中含氢、氮、氯的各种化学物质通过光化学过程中被转化成活跃的 自由基，迅速将3个氧原子含量的臭氧（03）分解为分子氧（02）和原子氧（O,从而破坏 了臭氧层，形成了臭氧洞。v-3/VI OL1 I 卩偏 Oione QVtir SpliUt 护卅“ （DQbsor Urwls）OC 125 15D 175225 250 275 购0 325 35D 37S 40Q 425 450 47S =AQQnsne风云三号气象卫星观测的2009年南极臭氧洞变化过程（中间白色代表没有观测信号的极夜地

12、区）“至今为止由于尚缺乏在南极地区平流层中这些微量组分的数据，要想彻底地解释南极出现臭氧洞的现象还不可能。 通常认为人为因素中主要是由于人类活动排放到大气中的上述 三类化学物质增加是破坏臭氧层的主要原因之一。”臭氧层空洞的危害随着南极臭氧层空洞的不断增大，全球臭氧层的整体的臭氧层浓度减少的情况。例如在北半球中高纬度地区，在青藏高原地区以及其他高原地区也存在臭氧减少现象。王维和指出，这一现象直接威胁到了我们的生存环境。TOO 1 药历bZW) 2苓苓。275 300 崙霸勢04OT+W 475 UMrWK臭氧益疥DU)风云三号气象卫星2009年10月4日青藏高原地区臭氧低值区监测结果，深蓝色区域

13、代表臭氧低值区10多年来，经科学家研究，得出结论：大气中的臭氧每减少 1%照射到地面的紫外线就 增加2%人的皮肤癌就增加3%还受到白内障、免疫系统缺陷和发育停滞等疾病的袭击。现在居住在距南极洲较近的智利南端海伦娜岬角的居民，就已尝到苦头，只要他们走出家门，就要在衣服遮不住的肤面，涂上防晒油，戴上太阳眼镜，否则半小时后，皮肤就晒成 鲜艳的粉红色，并伴有痒痛；羊群则多患白内障，几乎全盲。据说那里的兔子眼睛全瞎，猎 人可以轻易地拎起兔子耳朵带回家去，河里捕到的鲜鱼也都是盲鱼。三、对人类健康影响首先是增加皮肤癌， 臭氧减少1%皮肤癌患者增加4%- 6%主要是黑色素癌；其次是损 害眼睛，增加白内障患者；

14、最后削弱免疫力，增加传染病患者。对生态影响。首先是农产品减产及其品质下降，试验200种作物对紫外线辐射增加的敏感性，结果2/3有影响，尤其是大米、小麦、棉花、大豆、水果和洋白菜等人类经常食用的作物。估计臭氧减少1%大豆减产1%其次是减少渔业产量，紫外线辐射可杀死10米水深内的单细胞海洋浮游生物，实验表明，臭氧减少10%紫外线辐射增加20%将会在15天内杀死所有生活在 10米水深内的鳗鱼幼鱼； 最后是破坏森林，据研究，臭氧减少影响人类健康及生态系统的主要 机制是紫外线辐射的增加会破坏核糖核酸（DNA,以改变遗传信息及破坏蛋白质。除了影响人类健康和生态外，因臭氧减少而造成的紫外辐射增多还会造成对工

15、业生产的 影响，如使塑料及其他高分子聚合物加速老化。设想若臭氧层全部遭到破坏，太阳紫外线就会杀死所有陆地生命，人类也遭到”灭顶之灾，地球将会成为无任何生命的不毛之地。可见，臭氧层空洞已威胁到人类的生存了。保护我们赖以生存的环境1995年左右，中央电视台曾经播放过一部一部环保主义的美国动画片地球超人，估计很多80后的朋友都还有印象，动画片主要是通过来自地球五大洲的五位少年的历险经历， 来告诉人们保护环境的意义。其中大气臭氧层也被当做了一个重点做了介绍，向人们推广， 提倡杜绝使用氟利昂作为制冷剂。“没错，南极臭氧洞形成的因素可能有很多，但是我们需要通过提高自己的环保意识来保护臭氧层，其中很关键的一

16、点就是减少氟利昂的使用。”王维和最后谈到自己的一点看法。随着社会的发展，保护臭氧层也得到了全世界的认可。为了避免工业产品中的氟氯碳化物对地球臭氧层继续造成恶化及损害，联合国于1987年9月16日邀请所属26个会员国在加拿大蒙特利尔签署了环境保护公约，即蒙特利尔议定书又称作蒙特利尔公约，全名为“蒙特利尔破坏臭氧层物质管制议定书（Montreal Protocol on Substances that Depletethe OzoneLayer）”，该公约自1989年1月 1日起生效。蒙特利尔公约中规定各国有共同努力保护臭氧层 的义务，凡是对臭氧层有不良影响的活动，各国均应采取适当防治措施，影响的

17、层面涉及电子光学清洗剂、冷气机、发泡剂、喷雾剂、灭火器等等。到目前为止，已有150多个政府批准了这项条约。生产和消费氯氟烃（ CFCS和其它消 耗臭氧层物质（ODS已经被奇迹般地减少了将近 70%氯氟烃的重复利用被广泛地采用。而且，臭氧安全技术现在已经可行并被广泛采用。监测表明，大气中消耗臭氧层物质增长速度已经逐渐减慢，大气中甲基溴的含量也已经减少。但是，臭氧层是脆弱的，只有社会各方面包括消费者不断地支持，保护臭氧层的斗争才能最终赢得胜利。9月16日 “国际保护臭氧层日”的确定，进一步表明了国际社会对臭氧层 耗损问题的关注和对保护臭氧层的共识。四、发展和趋势根据臭氧空洞形成的原因而采取相应的对

18、策是减少或停止使用能与臭氧层中的臭氧反应的有关化学物质，如氟利昂（也称氟氯化碳CFQ、哈伦（CFCB、四氯化碳（CCL4、甲基氯仿（CH3CCI3、氟氯烃（HCFC和甲基溴（CH3Br）等等。这是目前解决臭氧层问题的 最有效的方法，也是目前的唯一方法。如何具体实施这一保护措施？这是一个全球性的问题。在整体上可分为俩个方面： 国际上的措施和国内的措施。在国际上，为了促请各国能在保护臭氧层这一问题上出一份力，在联合国环境署的组织协调下，国际社会于1985年制定了保护臭氧层维也纳公约，其宗旨是：要保护人类健康和环境免受由臭氧层的变化所引起的不利影响。从而确定了国际合作保护臭氧层的原则； 1987年又

19、制定了关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书，其宗旨是：采取控制消耗臭氧层物质全球排放总量的预防措施，以保护臭氧层不被破坏， 并根据科学技术的发展，顾及经济和技术的可行性，最终彻底消除消耗臭氧层物质的排放。从而确定了全球保护臭氧层国际合作的框架。根据蒙特利尔议定书的规定，各签约国分阶段停止生产和使用CFC銅冷剂，发达国家要在1996年1月1日前停止生产和使用 CFCs制冷剂，而其他所有国家都要在 2010 年1月1日前停止生产和使用 CFCs制冷剂，现有设备和新设备都要改用无CFC制冷剂。通过让各国签定上述的国际公约，来制约全球上ODS（ODS是指人类制造的氟氯化碳类物质，将破坏大气中的臭氧层，危

20、害人类的生存环境，主要有全氯氟烃（CFCs）、哈龙（一种灭火剂）和四氯化碳等等）的产生，从而在根本上保护了臭氧层。而在世界各国，具体履行上述国际公约的措施有许多，从整体上又可分为以下三步：1. 采用分步走的方式：考虑到有关经济和技术因素，对ODS勺淘汰，规定了不同国家有不同的淘汰速度和淘汰的最后期限。2. 建立多边基金：考虑到发展中国家的特殊要求，在蒙特利尔议定书伦敦修正案中加入了建立多边基金这一条款。多边基金每三年进行增资，由多边基金执委会决定各国项目 资助额。3. 开发和使用ODS的替代品一一绿色环保制冷剂，从而停止生产和使用ODS上述是从国际上分析的，而具体到每个国家，就有各种不同的实施方案。如在技术上， 可提高对氯氟烃的利用效率、回收和再循环利用，改