6 臭氧层空洞

2O2
2014-11-11
8/42
内容提纲
1. 大气组成
2. 臭氧形成
勤俭诚信 立己树人
3. 臭氧层空洞 4. 臭氧层保护
2014-11-11 9/42
3. 臭氧层空洞
3.1 臭氧层空洞的监测
臭氧层4亿年前形成，之后基本未遭破坏，直至上世纪。 英国的科学家法曼（Farman）报道了自1975年起每年早 春（10月份），南极地区的总臭氧会减弱30%。 80年代，距地10-55km的南极出现臭氧洞，1987年，北 极也出现。 近几年臭氧洞的深度和面积仍在继续扩展，1998年臭氧 洞的持续时间超过了100天，是南极臭氧洞发现以来的最 长记录，面积相当于3个澳大利亚。
O· +ClO· Cl· +O2
2014-11-11
20/42
1995年诺贝尔化学奖 ——人类活动影响平流层臭氧研究
勤俭诚信 立己树人
左：Paul Crutzen（荷兰） 中：Mario Molina（墨西哥） 右：F.SheRwood Rowland（美国）
2014-11-11 21/42
1995年诺贝尔化学奖 ——人类活动影响平流层臭氧研究
勤俭诚信 立己树人
CFC-11——三氯一氟甲烷 CFC-12——二氯二氟甲烷 CFC-113——1，1，2-三氯-1，2，2-三 氟乙烷
2014-11-11 15/42 氟利昂以前大量用于冰箱空调制冷剂、有机溶
CFCs简介
含“氯”和含“溴”的人工 化学品的排放 消耗臭氧层物质（ODS）共6 类96种，中国有6类16种，包 括： 全氯氟烃 (CFCs)，哈龙，四 氯化碳，甲基氯仿，甲基溴， 含氢氯氟烃(HCFCs)
1. 大气组成
2. 臭氧形成
勤俭诚信 立己树人
3. 臭氧层空洞 4. 臭氧层保护
2014-11-11 25/42
4. 臭氧层保护
太阳光组成：红外光50%；可见光40%； 紫外光10%；其余部分1%；
太阳光中的紫外线可划分为：
UV-A（315~400nm） UV-C（280nm以下） 三个波段中UV-B辐射对生物有较大的
2014-11-11
27/42
4.1 臭氧层破坏的影响
① 对人类健康的影响
DNA改变，免疫机制减退
麻疹、水痘、疱疹、细菌感染、真菌感染等
皮肤癌 基底细胞癌、 鳞状皮肤癌 恶性黑色素瘤
勤俭诚信 立己树人
白内障
1%臭氧层的减少，将增加1－1.5万白内障
2014-11-11 28/42
4.1 臭氧层破坏的影响
勤俭诚信 立己树人
2014-11-11
12/42
臭氧空洞近年的观测结果
1. 1978-2000年：快速扩大
2. 2002-2004年：快速缩小
3. 2006年：2745万平方公里，有史以来较大的臭氧层 空洞 4. 2007年：2512万平方公里，面积和深度上都相对较 小
勤俭诚信 立己树人
5. 2008年9月：达到2720万平方公里
勤俭诚信 立己树人 UV-B（280~315nm ）
伤害。而阻挡UV-B辐射的就是臭氧。
2014-11-11 26/42
4.1 臭氧层破坏的影响
① 对人体健康的影响 ② 对陆生植物的影响
③ 对水生生态系统的影响
④ 对生物化学循环的影响 ⑤ 对材料的影响 ⑥ 对对流层大气组成及空气质量的影响
勤俭诚信 立己树人
勤俭诚信 立己树人
2014-11-11
22/42
臭氧层空洞为什么只出现在南极？
南极冬天的极夜会有极地涡旋，阻止臭 氧补充到南极上空 。 在冬天，零下80度的低温使水汽形成冰 晶云。冰晶不断吸收氯氟烃气体，在其 表面聚集。 春季（9月）来临，阳光照射下冰晶云 升温，氯氟烃气体迅速释放。而氯氟烃 分子在紫外线照射下开始释放氯原 子……氯原子大量损耗臭氧而出现臭氧 洞。 春天，太阳出来了，冰晶云化了， “非均向化学反应” 交界面消失了， 反应也就停止了。臭氧空洞逐渐弥合。
高 度
3000 ³³³ 500 400 ³ ³ ³ 300 200 100 90 ³³³³ ¨ +³ ³ ³ ¨ +³ ³ ³
(km)
© km£ ¨ È£ ߶ ¸
³³³ ¨ km³ ³
80 70 60 ³³³ ¨ -³ ³ ³
³³³
勤俭诚信 立己树人
50 ³³ ÷³³ 40 30 ³³ ÷³
O3 ³ ¨ +³ ³
勤俭诚信 立己树人
万平方公里。
2014-11-11 11/42
3. 臭氧层空洞
美国宇航局日前宣布， 2007年南极上空的臭 氧层空洞面积为2512万平方公里，比北美洲 面积略大。 2008年9月曾达到2720万平方公里，为有记录 以来面积第五大的臭氧层空洞。 2009年9月底，南极臭氧空洞面积达到该年最 大值。根据美国海洋和大气管理局（ NOAA） 的卫星数据观测资料，南极臭氧空洞面积约 2392万平方公里），只比北美洲面积略小。 这也是自1979年以来有卫星观测以来臭氧空 洞面积第10大。
6. 2009年9月底：约2392万平方公里
2014-11-11 13/42
3. 臭氧层空洞
3.2 南极臭氧洞形成的机制
① 大部分人认同的理论：人为活动的影响— —如氯化物的排放进入大气平流层层。
勤俭诚信 立己树人
2014-11-11
14/42
CFCs简介
CFCs简介,化学名称氯氟烃，商业名称氟利昂， 根据氯氟烃的英文名称Chloro-fluoron-carbon， 取其字头组成缩写CFC， 用CFC代码作为氯氟 烃的统称。在CFC后标以化合物代码，可以代 表不同的氯氟烃，如
勤俭诚信 立己树人
2014-11-11
10/42
3. 臭氧层空洞
2000年9月，南极上空2830万 km2（中国面积2倍多、美国3 倍），今后20年，臭氧层处于 最脆弱状态。 我国青藏高原上空也存在一个 相对周围地区浓度较低的区域。
2006年10月20日，一幅由美国宇 航局提供的卫星图片显示，代 表臭氧空洞的蓝色区域正日益 扩大，目前已达创纪录的2745
对流层顶层：水变冰，阻止氢的损失
B、平流层
O2→O·+O· O·+O2→O3
吸收紫外线 释放热量
勤俭诚信 立己树人
O3→O·+O2 O3+O·→2O2
C、中间层 D、热层（电离层）
高度电离，电离层，稀薄
2014-11-11 5/42
臭氧层 在大气中的分布
紫外线的强烈照 射，N2和O2产生 不同程度的离解
在第二次探险中获得了有效的探测结果， 由 此推理出臭氧空洞形成的机理。
勤俭诚信 立己树人
2014-11-11
18/42
臭氧破坏机理示意图
勤俭诚信 立己树人
2014-11-11
19/42
氟氯烃破坏臭氧的化学应历程 CFC
光分解
Cl· ClO· +O2
Cl· +O3
光分解
勤俭诚信 立己树人 O 2O· 2
勤俭诚信 立己树人
2014-11-11
32/42
4.2 臭氧层的保护
国际公约(补天行动)：
1985年《保护臭氧层维也纳公约》
1987年《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔 议定书》 1990年《伦敦修正案》
勤俭诚信 立己树人
1992年《哥本哈根修正案》
1999年《北京修正案》（《北京宣言》）
2014-11-11 33/42
《北京修正案》
1999年11月29日至12月3日《关于消耗臭氧 层物质的蒙特利尔议定书》缔约方大会第 十一次会议在京举行，发表了《北京宣 言》。
发展中国家将进入实质性履约阶段, 根据 《议定书》的规定，1999年发展中国家将 进入实质性履约阶段，即从1999年7月1日 起，将其生产和消费的氟里昂冻结在 1995~1997年三年平均水平上。
³³ ÷³³
³³ ³ ü³
每升高100m， 气温降低0.65℃
2014-11-11
20 10 0 200 250 ³³³³³ ¨ K³ ³ 300 6/42 ³³ ÷³ ¨ -³ ³ ³
内容提纲
1. 大气组成
2. 臭氧形成
勤俭诚信 立己树人
3. 臭氧层空洞 4. 臭氧层保护
2014-11-11 7/42
目前各国都在加紧替代物品的开发， 从长远看，采用生物圈中固有的、 对环境不起任何破坏作用的物质是 勤俭诚信 立己树人 制冷剂发展的方向
2014-11-11
30/42
氟里昂替代品
氟里昂的替代物技术是一项较大的系统工 程，须都做到了替代物生产技术与配套技 术同步开发。 例如英国ICI公司1990年底建成了世界上第 一家HFC－134a生产厂，与此同时，配套 的压缩机、润滑油以及充装HFC－134a的 冰箱等也相继投放市场。
2. 臭氧形成
平流层中最重要的化学组分就是臭氧。在平流层集中了 大气中90%的臭氧。 臭氧的生成和消耗机制: 生成 O2 + h(λ< 240nm) O2 + O
3
O+O O3
勤俭诚信 立己树人 消耗 2 O + h 3O
2
Y+O3 YO + O
YO + O2 Y + O2
O3 + O
勤俭诚信 立己树人
2014-11-11
23/42
臭氧层空洞问题的争论
南极臭氧洞成因有多种假设，其中主要有：
① 与太阳活动周期有关的自然现象 ② 火山活动的影响
③ 当地天气动力学过程的影响 大气平流层
勤俭诚信 立己树人
④ 人为活动的影响——如氯化物的排放进入
2014-11-11
24/42
内容提纲
勤俭诚信 立己树人
HFC－134a仍是目前综合性能最好、配套 技术最完善、应用最成熟的制冷剂替代物。
2014-11-11 31/42
氟里昂替代品
HFC－134a：化学名称为 1，1，1，2——四氟乙烷， 简称HFC－134a或R－134a。无毒、无味、无色、不 燃、不爆、热稳定性好等特点，化学性质十分稳定。 与CFC—12相比，其ODP(即消耗臭氧潜能值)为0， 且制冷能力相当，是一种理想的氟里昂替代物。 HFC－134a目前已广泛应用于汽车空调、冰箱等行 业的制冷剂，并可用做医药、农药、化妆品、清洗 等产品的气雾推进剂和阻燃剂、发泡剂等。 是全球公认的新型氟里昂替代物，已在西方国家得 到广泛使用。
用途：制冷剂、发泡剂、清 洗剂、灭火剂 气雾剂、烟丝膨胀剂、化工 助剂、杀虫剂
勤俭诚信 立己树人
2014-11-11
16/42
CFCs简介
勤俭诚信 立己树人
2014-11-11
17/42
3.2 南极臭氧洞形成的机制
为了查实和弄清臭氧层耗减及臭氧空洞形成 的原因 ，美国宇航局(NASA)牵头组织了数十 个科学家于1986年和1987年的9～11月，两次 赴南极进行臭氧探险活动，寻求揭示臭氧空 洞形成的机理。
勤俭诚信 立己树人
较高
水的含量是一个可变化的数值。一般在1～
3%
痕量组分，如H2、CH4、CO、SO2、NH3、
N2O、NO2、O3等
3/42
大气的主要组成及其作用
勤俭诚信 立己树人
2014-11-11
4/42
1.2 大气层的结构
A、对流层
高度/温度/对流/密度/3/4总质量
摩擦层 边界层 低层大气(1~2km) 污染物集中；自由层(>2km)：自然现象
② 对陆生植物的影响
减少产量-如豆类、瓜类、卷心菜类 改变遗传基因和再生能力 降低品质
③ 对水生物的影响
勤俭诚信 立己树人 减少浮游生物
影响海洋食物链 危害鱼、虾等动物的早期发育
④ 对城市环境和建筑材料的影响
光学化学烟雾污染 聚合物材料老化
2014-11-11 29/42
4.2 臭氧层的保护
主要是控制CFCS的使用
20多年前， Paul Crutzen“第一次把臭氧问题 摆在人们的面前”，他指出人类活动释放的 少量物质能够损害全球范围的臭氧，把平流 层的研究引导上正确的道路。 Mario Molina和 Rowland作了卓越的预测— —少量的氯氟烃类能够在平流层以催化的方 式耗损大量的臭氧。 经过20多年科学界不断深入的研究，越来越 多的事实证实了他们的理论。 1995年，他们 共同分享了诺贝尔化学奖。这是有史以来诺 贝尔化学奖第一次进入环境化学领域。
臭氧层空洞
Ozonosphere Hole
By Wang Kaifeng 王开峰
内容提纲
1. 大气组成
2. 臭氧形成
勤俭诚信 立己树人
3. 臭氧层空洞 4. 臭氧层保护
2014-11-11 2/42
1. 大气组成
1.1 大气的主要成分
N2、O2、Ar和CO2

2014-11-11
几种惰性气体：He、Ne、Ke和Xe含量相对