N2O21世纪臭氧层破坏的主要污染物

1、N2O:21世纪臭氧层破坏的主要污染物 这篇文献通过在N2O的臭氧消耗潜在加权人为排放量与其他的消耗臭氧层物质之间进行比较，证明了N2O是目前唯一最重要的臭氧消耗排放物，并可能在整个21世纪中保持这种重要性。N2O没有被蒙特利尔议定书MP加以调节。限制未来N2O排放将促进处于耗尽状态的臭氧层的恢复，也将减少对气候系统的人为影响，这对臭氧和气候来说是双赢。ODS与ODP：破坏平流层臭氧层的人为制造的化学物质，被称为臭氧层消耗物质（ODS），是20世纪的重大环境问题之一。各种ODS的臭氧层消耗的相对贡献往往是由臭氧消耗潜能值（ODP）量化。一个ODP涉及范围：从在地表释放的单位质量化学物质消耗平流

2、层臭氧的数量到单位质量氯氟烃对臭氧消耗的数量。ODP在政策制定中广泛使用，凭借其量化化合物的相对破坏臭氧的能力。通过补充材料可知ODP的计算方法如下：ODP取决于ODS，即破坏臭氧层的物质，是随着全球臭氧时间积分的变化的单位质量排放量于CFC11的比较值。这个公式中，是大气寿命，O3是由模型计算得出的全球平均臭氧柱的变化，表示混合比边界条件的改变，m是ODS的分子量。氮氧化物催化导致臭氧破坏的机理：通过Crutzen 和 Johnston的研究，氮氧化物催化臭氧破坏也被人了解。反应如下：NO + O3 NO2 + O2O + NO2 NO + O2net: O + O3 2O2平流层NOx的主

3、要来源是表面氧化亚氮排放。N2O被认为是一种自然的大气成份，但其变化对臭氧浓度长期变化的影响也被测验。关于N2O导致臭氧层破坏的研究：现状一氧化二氮与氟氯化碳CFCs,有许多相似之处，CFCs是历史上占主导地位的ODSs。氟氯化碳和N2O在对流层非常稳定，在那里它们被释放，并运输到平流层，在平流层释放活性化学物质来破坏平流层臭氧，通过含氯或氮氧化物催化过程。他们都有大量的人为来源。与氟氯化碳不同，N2O也有天然来源，类似于甲基溴（另一个重要的消耗臭氧层物质）。因此，确立N2O的ODP并分离出自然和人为排放在概念上不会比甲基溴困难。尽管N2O和先前识别出的ODS之间存在相似性，尽管氧化亚氮对平流

4、层臭氧有影响，在同样的意义上，一氧化二氮并没有像含氯和溴的源气体一样被认为是ODS，N2O仍然不由MP管制。作者及其团队所作出的研究（条件对比、建模过程、数据处理、不确定性）在这里，作者提出N2O的消耗臭氧潜能值是非零的正数，并基于N2O消耗臭氧的程度发现N2O是臭氧损耗物质。事实上，目前人类消耗臭氧潜能值加权N2O排放量是所有消耗臭氧层物质中最大的，并预计将在剩下的21世纪保持最大。作者通过使用加西亚和所罗门二维（2D）模型计算出氧化亚氮的ODP。当前大气条件下，N2O的ODP的计算是0.017。这个值相当于多烃（氯氟烃）的ODP，如HCFC-123（0.02），-124（0.022），-2

5、25ca（0.025），和-225cb（0.033），在当前MP下这些ODP正被逐步淘汰。我们得出结论，氧化亚氮的ODP的值是确凿可信的，因为作者类似地计算了CFC-12（1.03）和HCFC-22（0.06）的值，与可接受的值一致; NOx（来自N2O）对臭氧的消耗，主导了平流层中层臭氧的化学控制，平流中层是用二维模型表示的区域;通过增加N2O从而减少臭氧已在其他研究被报道，虽然没有发表的研究报告，但已知，此前已经提出了一个N2O的 ODP。在这篇文章中，作者考察了一些影响N2O的ODP的重要因素。在中纬度地区，由氯催化的臭氧破坏对最底层和最高平流层的臭氧层消耗贡献最大。在臭氧浓度最高的地方

6、，氮氧化物对臭氧消耗贡献最大。这导致了由NOx造成的臭氧高速消耗。N2O的ODP值比CFCs的ODP值低，主要是因为只有约10%的N2O被转化成了NOx，然而CFCs潜在的贡献了它们所有的氯。氮氧化物和氯之间存在着重要的联系，所以N2O的ODP可能与过去和将来的计算值不同。众所周知，氮氧化物通过CIONO2的形式占用了部分氯，抑制氯催化下的臭氧破坏。然而，由Kinnision等人的研究可以知道，其他反应比如CIO与NO反应转变成CI，可以抵消这种抑制。作者及其团队通过计算1959年（工业革命以前）平流层氯的大气浓度，对N2O的ODP对氯浓度的依赖性进行了量化。发现1959年的ODP值为0.02

7、6，即CI浓度对N2O造成的臭氧层破坏效率有适度的影响。这些1959年和2000年的氯浓度结果为剩余的21世纪给出了范围；这说明当平流层氯载回到工业化前的水平时，每单位质量排放量的N2O的臭氧破坏性应加大50%。氮氧化物化学也依赖于单个氢，溴和甲烷水平，但是N2O的ODP对这些因素的依赖性预计会比对氯的影响小很多。然而火山喷射之后，平流层硫酸盐气溶胶浓度增大，提高了氯破坏臭氧的效率，它们将具有催化活性的NOx转变为HNO3隐藏起来，从而降低了NOx排放的影响。在皮纳图博火山喷发之后，这种影响已经被观察到。所以，作者预测N2O的ODP在硫酸盐负荷被加强之后将会降低。然而，高山硫酸盐负荷是不可预测

8、的和零星的，他们的影响也是短期的，只能持续几年。作者通过计算在皮纳图博火山喷发后硫酸盐负荷峰值时候的ODP，评估了它们影响的程度。作者对此所进行的研究数据见下表：在接下来的讨论中，作者使ODP的值为0.017，即设它是独立于大气条件、大气组成和时间的值。这个值是针对上述讨论的因素的一个保守选择。需要注意的是，单独的ODP不能完全量化一种排放到大气中的化学物质的影响。通过使用数量值比如ODP排放加权而不是一个强度值比如ODP作为一个指标，整个排放历史甚至未来的排放预测都必须考虑进去，因为ODP只考虑每单位质量臭氧消耗量。图1（下图）比较了1987年和2008年的人为N2O排放和来自主要的ODSs

9、的N2O（现MP控制下）。很显然，即使在没有MP的1987年，ODP加权的N2O人为排放量也是ODP加权的CFC-11, CFC-12, 和CFC-113排放量的一个可观部分。它们可能比哈龙的ODP加权总和更大，也比甲基溴的ODP加权总和更大。尽管N2O的ODP值只有0.017，大概是CFC-11s的六分之一，大量的人为N2O排放超过了弥补它的小量ODP，造成人为的N2O排放成为目前唯一最重要的人为ODS排放。例如，N2O现在的全球人为排放（主要来源于肥料使用的副产品、化石燃料燃烧和工业过程、生物质和生物燃料燃烧以及一些其他过程）每年约为10万吨，与来源于所有高峰时期排放的CFCs的略多于一百

10、万公吨的数量相比。图1图1有关图一：从20世纪90年代到2008年每年N2O消耗臭氧潜能值的对比，其中1987年排放的含氯和含溴物质占ODSs最高。即使在消耗臭氧层的物质高度排放的20世纪80年代，人为排放的N2O的重要性依然位居第四。目前，在破坏臭氧层的气体中，人为排放的N2O贡献最大。HCFC-22是最重要的CFC替代品，它的数据如果插入图表，在这两个时间段中都将低于1987年CH3Br的量。N2O误差条代表自上而下的不确定性范围，下端最低处由最低排放量的求和估算，最高处是最高排放量的求和估算。图2比较了在MP管制下，20世纪晚期和整个21世纪的各种ODS的ODP加权估计排放量。在各种温室

11、气体减排的要求下，近期对于未来的N2O排放量的估计继续显示出，N2O的排放量不可能比现在低，即使面临着最严格的减排要求。从图2最顶部的表格看出，很显然，N2O是目前最大的ODS 排放。实际上，预计在本世纪余下的时间里，N2O仍然是这些排放中最大的。如果人为N2O排放持续不减，到2050年，它们可以代表1987年的ODP加权排放量，超出了CFC ODP加权排放量的30%。这些关于人为N2O的影响的基本理论，在总人为排放速率和特定部门排放的不确定性下并不特别敏感。值得注意的是，ODP加权排放比较中最大的不确定性来自于N2O排放估计的不确定性，而不是在于ODP计算值。部门N2O的大量排放（大部分来自

12、于农业生产和工业排放）具有很大的不确定性，但是由于观察到的N2O浓度和N2O寿命的增长，总人为排放被制约。全球气候变化大会第四次评估报告估计，在20世纪90年代期间，年度总排放量为17.7TgN，其中，6.7TgN(10.5百万吨N2O)是人为排放的。图2将N2O对气候的作用与其他温室气体作对比也会有一些发现。下面的图2展示了CO2在非CO2的温室气体中的当量排放【100年的加权全球变暖潜能值（GWP图2有关图二：图二是最重要的ODSs和非CO2的温室气体中历史和预测的ODP-和GWP-加权排放。HFC条代表了在GWP-加权排放中对于HFCs贡献的可能上限。CH4的排放量代表了排放情景特别报告

13、（SRES）中A1B, A1T, A1FI, A2和B1的范围。人为N2O排放量来自于同样的SRES混合比例的推断。减排措施在这些气体中，N2O对气候的影响仅次于甲烷，并且比所有当前承认的ODSs要高。这些关于ODP-和GWP加权的N2O排放的预测表明N2O对于未来的臭氧层和气候都有着重要影响。这也支持和量化了以前的建议减少N2O的排放量有益于臭氧层和气候。如今有众多N2O减排方案可以使用。举例来说，对农田更有效率地使用化肥，以及从化学角度减少捕猎及其副产品对N2O的排放（例如，生产己二酸，硝酸等）都是很好的方法。当考虑到N2O对臭氧层破坏的影响时，减少非工业N2O的排放也许值得思考。然而，人为增加或由于减排策略降低N2O排放量会导致一系列臭氧平流层上的重要问题：（1）这将会影响到臭氧层的恢复时间；（2）这将意味着使用单个参数评估的例如当量有效的平流层的氯（EESC）应该被重新评估；（3）不同于全球性的臭氧层空洞，这会影响到极地地区臭氧层空洞的恢复；（4）N2O可以被用作意料之外的庄稼生长的肥料或者施铁肥以减少CO2的排放量。如Crutzen等人指出，这样的增强将对于臭氧层消耗和气候驱动因子产生意外、间接后果。再次强调N2O