臭氧层的破坏与保护

1、臭氧层的破坏与保护报告人:史吉航 2006.4.4目录 1 臭氧层及其作用 2 臭氧层空洞及其危害 3 ODS及其对臭氧层的破坏作用 4 臭氧层的保护 5 结语1.1 臭氧层简介 臭氧O3 O2的同素异形体;天然大气的微量组分，含量约为1/108。 臭氧层-Ozone Layer 地球大气圈的平流层离地面20-25千米，大气中臭氧的90%都集中在这里，形成一个小圈层环绕着地球，称为臭氧层。 (对流层臭氧仅占10%) 浓度表示方法 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（Dobson unit，简称D.U.）来表示，正常大气中臭氧的柱浓度约为30

2、0D.U.。1.2 臭氧层的作用 臭氧对太阳光中紫外线有极强的吸收作用，从而阻挡了太阳光紫外线对地球生物的伤害。 紫外线A （UV-A） 波长长于320纳米，对人类是有益。例如，可以杀菌以及使人体内转化合成维生素D，防止佝偻病等。 紫外线B （UV-B） 波长290-320纳米，可以严重损伤地球生命，但其中波长最短的有害部分基本上也被臭氧层所吸收。 紫外线C （UV-C） 波长短于290纳米，可以杀死地面上一切生命，这部分紫外线被高空臭氧层完完全全地吸收掉了。 臭氧层(图) 平流层足由于臭氧吸收了200320nm的阳光紫外辐射而得以加热的，臭氧是其主要的热源，因此，臭氧在平流层的垂直分布对平流

3、层的温度结构和大气运动起决定性的作用。 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。 2.1 臭氧层空洞 臭氧洞 名称由来：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，极地上空臭氧层的中心地带，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。 臭氧洞被定义为臭氧的柱浓度小于200 D.U.，也即臭氧的浓度较臭氧洞发生前减少超过33%的区域。卫星观测表明，臭氧洞的持续时间,面积逐年增加臭氧空洞示意图南极臭氧洞变化情况 空洞面积在2002年9月10日已超过1998年272

4、4万平方公里的高峰值，达2918万平方公里，约为南极大陆面积的2.08倍。 1998年高空臭氧的被破坏量为8908万吨，为历史之最。但观测表明，今年9月12日的高空臭氧的被破坏量突破了这一记录，达到9622万吨，创历史新高。 北极臭氧层变化 1996年2月至3月间，有几天北纬地区的臭氧层浓度下降了45，达到了危险的地步。这次臭氧层浓度下降是前所未有的，柱浓度第一次降至200D.U.以下。 受这次臭氧层密度下降影响最严重的地区有格陵兰岛、俄罗斯北极地区西部和斯堪的纳维亚国家。 臭氧层破坏日趋严重 全球不同地区臭氧总量呈不断下降的趋势，相比七十年代各地区臭氧总量下降如下：北半球中纬度地区冬/春季减

5、少了6%；北半球中纬度地区夏/秋季减少了3%；南半球中纬度地区全年平均减少了5%；南极地区春季减少了50%；北极地区春季减少了15%。2.2 臭氧层空洞的危害 对人类健康的影响。皮肤发生癌变; 透发白内障以至失明。据估计，臭氧每减少1，皮肤癌发病率将增加2-4，白内障患者将增加0.3-0.6。 破坏地球生态平衡。也会使动物产生白内障。过量紫外线会使浮游生物，鱼苗、虾、蟹幼体和贝类大量死亡，会造成某些生物灭绝。强烈的紫外线还会使农作物和植物受到损害。UV-B辐射效应对长寿命植具有积累效果,严重影响森林的生态。对海洋微生物产量的影响将加重的温室效应。 对城市空气质量影响。增强的紫外线使城市中汽车尾

6、气的氮氧化物分解，在较高气温下产生以臭氧为主要成分的光化学烟雾。美国环保局估计，如高空臭氧层耗减25，城市光化学烟雾频率将增加30。 过量紫外线还能加速建筑物、绘画、雕塑、橡胶制品、塑料的老化过程，降低质量，缩短寿命。尤其使聚合物材料降解和老化变质。 改变大气结构。臭氧层耗损将导致平流层下部气温变冷和对流层变热。臭氧层的破坏会导致原有的臭氧纵向分布的改变，破坏地球的辐射收支平衡，加剧对流层中二氧化碳、臭氧这些温室气体量的增加，成为影响气候变化的一个重要因素。3.1 ODS 许多科学研究证明，工业上大量生产和使用的氟氯烷烃等物质，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，

7、分解出Cl自由基和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。人们把这些破坏大气臭氧层、危害人类生存环境的物质称为“消耗臭氧层物质”，简称ODS。 目前认为ODS包括下列物质：CFCs、哈龙、四氯化碳、甲基氯仿、溴甲烷以及HCFC、HBFC 等。 主要ODS简介氯氟烷烃（CFCs）。此类化合物自1928年人类首次合成后被以多种方式使用，冰箱、空调制冷剂、气雾剂制品中的推进剂、软发泡剂、印刷线路板和其它设备的清洗剂等。含氢氯氟烷烃（HCFC）。此类物质是CFCs的一种过渡性替代品，HCFC因为含有H，使得它在底层大气易于分解，对O3层的破坏能力低于C

8、FCs，但长期和大量使用对O3层危害也很大。 氟利昂( freon)是氟氯代甲烷和氟氯代乙烷的总称，因此又称“氟氯烷”或“氟氯烃”，可用符号“CFC”表示，其通式为： CnH2n+2-x-yFxCly(x+y2n+2) 氟利昂包括二十多种化合物，其中最常用的是氟利昂-12(化学式CCl2F2)和氟利昂-11(化学式CCl3F)。氟里昂是一种性能优良的冷冻剂，在家用电冰箱和空调机中广泛使用。在工程和生产中作为溶剂的四氯化碳（CCl4）和甲基氯仿（CH3CCl3）同样具有很大的破坏O3层的潜值。溴氟烷烃主要是哈龙：哈龙1211（CF2BrCl）、哈龙1310（CF3Br）、哈龙2420（C2F4B

9、r2），这些物质一般用作特殊场合的灭火剂。此类物质对臭氧层最具破坏性，比 CFCs高310倍，1994年发达国家已经停止这3种哈龙的生产。近年来，主要用于土壤熏蒸和检疫的另一种破坏臭氧层的含溴化合物即甲基溴（CH3Br）引起了人们的重视3.2 ODS对臭氧层的破坏作用氯利昂化学稳定性好，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。氯原子自由基作为催化剂与臭氧反应，就象一辆辆“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。 故只要微量的含氯化合物进入平流层，都会造成臭氧层的巨大损耗。 由哈龙等

10、有机溴化合物释放的溴原子对臭氧的破坏力是氯原子的30-60倍，它们也是臭氧损耗的罪魁祸首。 CFCsCFCs分解臭氧的机理分解臭氧的机理 当南极春季来临，阳光普照，发生一系列化学反应： CCl3F+hv CCl2F+Cl Cl+O3ClO+O2 ClO+OCl+O2 ClO+ClOClOOCl ClOOCl+hvCl+ClOO ClOOCl+O2 后五个反应方程内，反应物和生成物等量相互置换的有：Cl、ClO、ClOOCl、ClOO，所以，净反应方程是：O3+O33O2。 CCl3F分解臭氧机理图ODP 不同的ODS对臭氧层的损耗能力是不同的。为了评估各种ODS对全球臭氧破坏的相对能力，科学上

11、采用了“臭氧损耗潜势”（OzoneDepletionPotential,ODP）这一参数。臭氧损耗潜势是指在某种物质的大气寿命期间内，该物质造成的全球臭氧损失相对于相同质量的CFC-11的排放所造成的臭氧损失的比值。在大气化学模式计算中，某物质X的ODP值可以表示为（CFC-11的ODP值为1）： ODP=单位物质X引起的全球臭氧减少量/单位质量的CFC-11引起的全球臭氧减少量 臭氧损耗物质的大气浓度分布及参与的大气化学过程是影响其ODP值的主要因素。由于对这些因素的处理方式不同，不同的研究者得到的臭氧损耗物质的ODP值存在一定的差异，但各类臭氧层损耗物质的ODP值的次序大体一致： 含氢的氟

12、氯烃化合物的ODP值远较氟里昂低，而许多哈龙类化合物对臭氧层的破坏能力大大超过氟里昂。 4 臭氧层的保护 1、逐步禁止生产和使用破坏臭氧层的物质(ODS)。由于氟利昂等破坏臭氧层的物质在工农业生产上的重要地位，立即禁止生产和使用这些物质并不现实。因此，国际上采用的办法是逐步禁止生产和使用这些破坏臭氧层的物质。 措施： 传统的环境管制，如禁用、限用、配额和技术标准，并对违反规定实施严厉处罚。 经济手段，如征收税费，资助替代物的技术开发等 环境标识，鼓励生产者和消费者生产和使用，如绿色冰箱等 2、研究开发破坏臭氧层物质的替代物。由于破坏臭氧层的物质在工农业生产中占有相当重要的地位，限用和禁用上述物

13、质必须研究开发相应的替代物。从某种意义上说，研究开发替代物是限用直至完全禁用破坏臭氧层物质的前提。开发替代技术: 非氟利昂类型的替代物和方法，如水清洗技术、氨制冷技术等 泡沫行业使用水、CO2、碳氢和HCFC，制冷和空调行业大都用 HCFC作为替代品 3、开展淘汰消耗臭氧层物质的国际行动 1985年维也纳公约（28国） 1987年关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书（46国） 1990、1992和1995年，对议定书又作了3次修改 到1995年受控物质包括：氟里昂、哈龙、四氯化碳、甲基氯仿、氟氯烃和甲基溴等。 根据议定书的规定，发达国家到1994年停止使用哈龙，1996年停止使用氟利昂、四氯化碳、甲基氯仿；发展中国家到2010年全部停止使用受控物质。替代物 氢氟烃中不含氯，其ODP值几乎为零，在大气中的降解产物毒性较低，是较理想的替代物。 氢氯氟烃具有较小的ODP值，亦可作为氟里昂的过渡替代物。 氟碘烃的ODP值均几乎为零，其中的C-I键很容易吸收紫外线发生断裂，不会滞留在大气层，是很有发展前途的氟里昂替代物。 氟代乙醇、氟代醚、二甲醚、氨、饱和烃作为氟里昂的替代物均有研究和应用。5 结语 臭氧层空洞对地球的危害巨大，保护臭氧层需