臭氧层的形成与耗损

关于臭氧层的形成与耗损第1页，共33页，2022年，5月20日，3点13分，星期六在天际遨游时遥望地球，映入眼帘的是一个晶莹透亮的球体，上面蓝色和白色的纹痕相互交错，周围裹着一层薄薄的水蓝色“纱衣”。地球，这位人类的母亲，这个生命的摇篮，是那样的美丽壮观，和蔼可亲。但是……第2页，共33页，2022年，5月20日，3点13分，星期六第3页，共33页，2022年，5月20日，3点13分，星期六南极臭氧洞的发现70年代中期，美国科学家发现南极洲上空的臭氧层有变薄现象。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，称为“臭氧洞”。第4页，共33页，2022年，5月20日，3点13分，星期六卫星观测表明，1987年10月，南极上空的臭氧浓度降到了1957年-1978年间正常水平的一半，臭氧洞的面积扩大到足以覆盖整个欧洲大陆。从那以后，臭氧浓度下降的趋势在加快，空洞面积也在不断扩大，1994年10月曾一度蔓延到南美洲最南端的上空。1998年，南极的臭氧空洞已经扩大到2700万平方公里，快接近三倍的中国国土面积。第5页，共33页，2022年，5月20日，3点13分，星期六历年来南极臭氧浓度最底值变化情况第6页，共33页，2022年，5月20日，3点13分，星期六历年来南极臭氧洞的平均面积第7页，共33页，2022年，5月20日，3点13分，星期六大气臭氧层的形成O2+hv

→O+O（λ≤243nm)2O+2O2+M→2O3+M总反应:3O2+hv→2O3第8页，共33页，2022年，5月20日，3点13分，星期六大气臭氧层的作用

臭氧是地球大气层中的一种蓝色、有刺激性的微量气体，是平流层大气的最关键组成组分。大气中90%的臭氧集中在距地球表面10—50Km的高度范围内，分布厚度约为10～15Km，其平均密度约为9×10-8g·L-1。尽管臭氧层在地球表面并不太厚，臭氧在大气层中只占百万分之几，若在气温0℃时，将地表大气中的臭氧全部压缩到一个标准大气压时，臭氧层的总厚度才不过3mm，总质量不过30亿t左右。就是这样的一个臭氧层，却吸收了来自太阳99％的高强度紫外辐射，保护了人类和生物免遭紫外辐射的伤害。第9页，共33页，2022年，5月20日，3点13分，星期六大气中臭氧层现状及发展这是美国航空航天局用卫星测绘出的南极臭氧层空洞，左图是去年9月24日的臭氧层空洞图像，虽然只有一个，但其面积比北美洲还大。右图是今年9月24日的图像，科学家首次发现臭氧层空洞居然一分为二，但总面积比去年减少了40%，科学家认为这要归因于南极洲气温的上升。第10页，共33页，2022年，5月20日，3点13分，星期六1987年10月，南极上空的臭氧浓度下降到了1957-1978年间的一半，臭氧洞面积则扩大到足以覆盖整个欧洲大陆;1994年10月观测到臭氧洞曾一度蔓延到了南美洲最南端的上空1995年观测到的臭氧洞的天数是77天;1996年几乎南极平流层的臭氧全部被破坏，臭氧洞发生天数增加到80天;1997年至今，科学家进一步观测到臭氧洞发生的时间也在提前;1998年臭氧洞的持续时间超过100天，是南极臭氧洞发现以来的最长记录，而且臭氧洞的面积比1997年增大约15%，几乎可以相当三个澳大利亚的面积。这一迹象表明，南极臭氧洞的损耗状况正在恶化之中。第11页，共33页，2022年，5月20日，3点13分，星期六在我国青藏高原上空，科学家们发现，每年夏季（5-8月）出现明显的臭氧异常低值中心，该中心逐年在加深，平均每年递减率达0.35%。2000年1-3月期间，北极上空臭氧层耗损曾经达到60%，是历史上该地区臭氧层耗损的最高水平。第12页，共33页，2022年，5月20日，3点13分，星期六当南极的春季来临（九月下旬），阳光照射冰云，冰晶融化，释放吸附的氯氟烃类物质。在紫外线的照射下，分解产生氯原子，与臭氧反应，形成季节性的“臭氧空洞”。因为北极没有极地大陆和高山，仅有一片海洋冰帽，形不成大范围的强烈的“极地风暴”，所以不易产生象南极那样大的臭氧洞。但是，北极上空的臭氧在不断地减少。第13页，共33页，2022年，5月20日，3点13分，星期六臭氧空洞的成因臭氧层损耗是臭氧空洞的真正成因。臭氧层是如何耗损的呢？是什么原因导致臭氧层的破坏呢？科学家认为，臭氧急剧耗损不是由已知的自然现象引起的，而是人为的活动起决定性的作用。是某些人类活动所散发的物质进入臭氧层，引起臭氧的损耗。这些物质有含氯氟烃类、有机溴化合物、氧化亚氮及超音速飞机排放氮氧化物、甲烷、水汽和二氧化碳等。第14页，共33页，2022年，5月20日，3点13分，星期六人为消耗臭氧层的物质主要是：广泛用于冰箱和空调制冷、泡沫塑料发泡、电子器件清洗的氯氟烷烃（CFxCl4-x，又称Freon）用于特殊场合灭火的溴氟烷烃（CFXBr4-x，又称Halons哈龙）等化学物质。第15页，共33页，2022年，5月20日，3点13分，星期六氯氟烃类物质，由于性质稳定、不易燃烧、易于储存、价格便宜而被广泛用作致冷剂、喷雾剂、发泡剂及清洗剂等。日常生活的许多方面，如吸烟、家用电器、沙发、冰箱、空调使用等都涉及到氯氟烃类物质的使用。

第16页，共33页，2022年，5月20日，3点13分，星期六氯氟烃类物质化学稳定性好，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。由哈龙等有机溴化合物（主要用做消防灭火剂，大棚种植蔬菜用到甲基溴做薰土剂，干洗衣服也用到含溴化合物）释放的溴原子对臭氧的破坏力是氯原子的30-60倍，它也是臭氧损耗的“罪魁祸首”。第17页，共33页，2022年，5月20日，3点13分，星期六臭氧的消耗过程

其一为光解主要是吸收波长为210nm<λ<290nm的紫外光的光解：

03+hv→02+O·

此过程就是臭氧层吸收了来自太阳的大部分紫外光，从而使地面生物不受其伤害的原因。另一消耗过程为：03+O·→202第18页，共33页，2022年，5月20日，3点13分，星期六臭氧层破坏的催化过程Y+O3→YO·+O2YO·+O·→Y＋+O2Y物种有：NOX（NO、NO2）

HOX（HO·、HO2·）

ClOX（Cl·、ClO·）总反应：O·＋O3→2O2第19页，共33页，2022年，5月20日，3点13分，星期六CFxCl4-x＋hv→CFxCl3-x＋Cl·Cl·＋O3→ClO·＋O2

ClO·＋O·→Cl·＋O2总反应式为：O·＋O3→2O2第20页，共33页，2022年，5月20日，3点13分，星期六CFxBr4-x＋hv→CFxBr3-x＋Br·Br·＋O3→BrO·＋O2

BrO·＋O·→Br·＋O2

总反应式为：O＋O3→2O2第21页，共33页，2022年，5月20日，3点13分，星期六近年来的研究发现，核爆炸、航空器发射、超音速飞机将大量的氮氧化物注入平流层中，也会使臭氧浓度下降。NO对臭氧层破坏作用的机理为：O3＋NO→NO2＋O2NO2＋O·→NO＋O2

总反应式为：O·＋O3→2O2第22页，共33页，2022年，5月20日，3点13分，星期六平流层中的HOX主要是由H2O、CH4或H2与O2而生成的：H2O+O·→2HO·CH4+O·→CH3+HO·H2+O·→H·+HO·第23页，共33页，2022年，5月20日，3点13分，星期六HO破坏O3的机理为：HO·＋O3→HO2·＋O2O·＋HO2→HO·＋O2

总反应式为：O＋O3→2O2第24页，共33页，2022年，5月20日，3点13分，星期六CFCl3＋hv→CFCl2+Cl·CF2Cl2＋hv→CF2Cl+Cl·Cl破坏O3的机理为：Cl·＋O3→ClO·

＋O2ClO·＋O·→Cl·＋O2

总反应式为：O＋O3→2O2第25页，共33页，2022年，5月20日，3点13分，星期六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。第26页，共33页，2022年，5月20日，3点13分，星期六第27页，共33页，2022年，5月20日，3点13分，星期六臭氧空洞的危害臭氧层中的臭氧能吸收200～300nm的阳光紫外线辐射，因此臭氧空洞可使阳光中紫外辐射到地球表面的量大大增加，从而产生一系列严重的危害波长等于290～320nm的辐射段称为紫外线B段（即B类紫外线）B类紫外线灼伤称为B类灼伤(红斑病);能损耗皮肤细胞中遗传物质，导致皮肤癌;可对眼睛造成损坏，导致白内障;抑制人类和动物的免疫力,降低人类对一些疾病包括癌症、过敏症和一些传染病的抵抗力;第28页，共33页，2022年，5月20日，3点13分，星期六会对自然生态系统和作物造成直接或间接的影响:B类紫外辐射对20米深度以内的海洋生物造成危害，会使浮游生物、幼鱼、幼蟹、虾和贝类大量死亡;会造成某些生物减少或灭绝,引起海洋生态系统的破坏;会损害浮游植物,使温室效应加剧;还将引起用于建筑物、绘画、包装的聚合材料的老化，使其变硬变脆，缩短使用寿命等;另外，臭氧层臭氧浓度降低紫外辐射增强，反而会使近地面对流层中的臭氧浓度增加，尤其是在人口和机动车量最密集的城市中心，使光化学烟雾污染的机率增加。当臭氧层中的臭氧量减少到正常量的1/5时，将是地球生物死亡的临界点。第29页，共33页，2022年，5月20日，3点13分，星期六修补臭氧层的措施1985年，由联合国环境署发起21个国家的政府代表签署了《保护臭氧层维也纳公约》

；1987年9月，36个国家和10个国际组织的140名代表和观察员在加拿大蒙特利尔集会，通过了大气臭氧层保护的重要历史性文件《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》；1990年通过《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》伦敦修正案；1992年通过了《哥本哈根修正案》

；1995年起，每年的9月16日为“国际保护臭氧层日”

第30页，共33页，2022年，5月20日，3点13分，星期六1989年，中国加入了《保护臭氧层维也纳公约》参与了历次的《保护臭氧层维也纳公约》和《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》缔约国会议1991年加入了修正后的《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》1991年成立了保护臭氧层领导小组，开始编制并完成了《中国消耗臭氧层物质逐步淘汰国家方案》1999年7月1日冻结了氟利昂的生产，并将于2010年前全部停止生产和使用所有消耗臭氧层物质。第31页，共33页，2022年，5月