高中数学 南极臭氧空洞
[新版]南极臭氧层空洞
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[新版]南极臭氧层空洞1、臭氧层空洞的定义臭氧在大气中属微量气体，总量只占大气的百万分之0.4，而且90,以上集中在10-50公里的高层大气之中, 在离地面25千米处臭氧浓度最大。
全球大气中臭氧总量约有30亿吨，如果在摄氏零度的温度下，沿着垂直于地表的方向将大气中的臭氧全部压缩到一个标准大气压，那么臭氧层的总厚度只有3毫米左右。
这种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，多布森单位，简称D.U.)来表示，正常大气中臭氧的柱浓度约为300 D.U.。
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30%的区域。
2、臭氧洞为什么发生在南极地区,为什么臭氧损耗的规模如此之大,为什么每年的南极臭氧洞发生在春季,目前，对于臭氧层空洞形成机制大致有三种理论解释:?动力气象学上的极地纬向环流变化造成输送至南极上空的臭氧减少，形成臭氧洞;?极地冰晶效应影响下的多相化学反应引起臭氧的减少，出现臭氧洞;?与太阳辐射变化相关的动力气象因素及光化学反应(包括人类活动影响)综合作用导致臭氧洞的形成。
美国科学家莫里纳和罗兰德提出，人工合成的一些含氯和含溴的物质是造成南极臭氧洞的元凶，最典型的是氟氯碳化合物(CFC，俗称氟里昂)和含溴化合物哈龙(Halon)。
越来越多的科学证据证实，氯和溴在平流层通过催化化学过程破坏臭氧是造成南极臭氧洞的根本原因。
那么，氟里昂和哈龙是怎样进入平流层，又是如何引起臭氧层破坏的呢,就重量而言，人为释放的CFC和Halon的分子都比空气分子重，但这些化合物在对流层是化学惰性的，即使最活泼的大气组分———自由基对CFC和Halon的氧化作用也微乎其微。
因此它们在对流层十分稳定，不能通过一般的大气化学反应去除。
经过一两年的时间，这些化合物会在全球范围内的对流层分布均匀，然后主要在热带地区上空被大气环流带入到平流层，风又将它们从低纬度地区向高纬度地区输送，在平流层内均匀混合。
臭氧层空洞
日本气象厅称，南极臭氧层空洞较小并不代表臭氧层正在恢复，而是可能南极7月份和8月份气温相对往年较 高有关。
修复
美国科学家2016年发现，首次有确实证据证明南极臭氧层的破洞已经开始萎缩。
1977年4月，联合国环境规划署理事会在美国华盛顿哥伦比亚特区召开了有32个国家参加的“评价整个臭氧 层”国际会议。
会议通过了第一个“关于臭氧层行动的世界计划”。这个计划包括监测臭氧和太阳辐射、评价臭氧耗损对人 类健康影响、对生态系统和气候影响等，并要求联合国环境规划署建立一个臭氧层问题协调委员会。
危害
《时代》封面之消失的臭氧10多年来，经科学家研究；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。如今居住在距南极洲较近的 智利南端海伦娜岬角的居民，已尝到苦头，只要走出家门，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。
此后，臭氧层的臭氧损耗情况出现好转，但臭氧水平正在恢复的还是第一次被科学证实。
不过，科学家同时发现，人们用以替代氯氟烃的一些物质虽然不会损耗或较低损耗臭氧，但却会造成温室效 应，加快全球气候变化。美国麻省理工学院大气科学家苏珊·所罗门说，这些替代物质虽然目前还没有形成规模， 但到2050年前会对全球气候变化产生巨大影响。
1987年，联合国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，承续1985年保护臭氧 层维也纳公约的大原则，邀请所属26个会员国在加拿大蒙特利尔所签署的环境保护公约《蒙特利尔破坏臭氧层物 质管制议定书》，又称《蒙特利尔议定书》。该议定书自1989年1月1日起生效。中国1991年加入《蒙特利尔议定 书》。
南极臭氧空洞
（2）臭氧层破坏的危害
①使皮肤癌和白内障患者增加，损害人的免疫力， 是传染病的发病率增加。 长期暴露在强紫外线下，会导致细胞内的DNA改变， 人体免疫系统机能减退，人体抵抗疾病的能力下降。 这将会使许多发展中国家本来就不好的健康状况更 加恶化，大量疾病的发病率和严重程度都会增加， 尤其是麻疹、水痘、疱疹等病毒性疾病，疟疾等通 过皮肤传染的寄生虫病，肺结核和麻风病等细菌感 染以及真菌感染等疾病。Fra bibliotek
②破坏生态系统 对豌豆等豆类、南瓜等瓜类以及白彩科等农作物的 研究表明，过量的紫外线辐射会使植物的生长和光 合作用受到抑制，是农作物减产。紫外线辐射也会 使处于食物链底层的浮游生物的生产力下，从而损 害整个水生生态系统。
③引起新的环境问题 过量的紫外线能使塑料凳高分子材料更加容易老化 和分解，结果又带来光化学污染。
“南极臭氧空洞” 及其重要性
是指南极上空出 现因空气污染物质， 特别是氧化氮和卤化 代烃等气溶胶污染物 的扩散、侵蚀而造成 的大气臭氧层被破坏 和减少的现象。
（1）地球生命的保护伞
在离地面20～30km的平流层中，臭氧站这一高 度空气总量的十万分之一，占大气总量的一亿分之 一，虽然臭氧的含量及其微小，却具有非常强烈的 吸收紫外线的功能，可以吸收太阳光紫外线中对生 物有害的部分。
与南极上方臭氧空洞有关问题
为何氟氯碳化物主要产自北半球，而臭氧洞为何会先发生在极区？氟氯碳化物的确主要产自北半球如欧洲、苏联、日本、北美等国家。
然而，由于南极地区特殊的气候型态，使科学家相信，南极臭氧洞应是平流层化学反应与大气环流变化等多种因素交互作用下的结果。
北半球的污染物主要释放在大气的对流层中，但在对流层中并不会受到破坏，当经过了大气的循环作用传送至平流层时，才能吸取紫外线作光化学反应，但此时南北半球在平流层的污染物密度，经过了充分混和后并无很大差异。
造成CFCs在南极上空较易产生光化学反应而形成臭氧破洞的主要因素是南北极圈海路的差异性。
南极大陆块的平均温度因海洋调节的缘故比北极圈的平均温度低，南极冰冻大地的上空平流层温度非常的低，而较易形成所谓的极区平流层云（PSCs, Polar Stratospheric Clouds）。
CFCs经过了大气中化学反应会形成ClONO2、HCl等化合物（称为氯贮存物质），并被吸附在PSCs表面。
而PSCs中所含的冰粒，不仅会使氯贮存物质释放出氯，更会进一步妨碍氯贮存物质的生成，加速臭氧与CFCs光化学反应，因此南极圈臭氧层的破坏速度会较北极为高。
除PSCs外，另一种与南极臭氧洞形成有关的气候特征，是所谓的「极地涡旋」（polar vortex）。
极地涡旋形成的时间大约是在每年的5、6月间，也就是在南极冬季开始时，由强烈的冷气团环流所形成的涡旋，这种现象会一直持续到大约11 月，当温度回升时，极地涡旋才会消解。
由于形成极地涡旋的冷气团风速强劲，因此涡旋内部的空气会与周围的大气完全隔离，而从低纬度地区所吹来温暖而富含臭氧的空气，便无法进入涡旋，使内部温度无法上升，而有助于生成PSCs，造成臭氧分解；同时，能吸收紫外线辐射，使大气温暖的臭氧被分解，气温亦愈下降，又促进了PSCs的生成，也使低温的极地涡旋更为稳定。
这种涡旋和PSCs互相回馈的机制，使南极臭氧含量在每年大约10月间达到最低点，之后，随着温度回升，涡旋瓦解，PSCs也随之消融，南极臭氧量方逐渐回升。
南极臭氧层空洞出现的季节及原因
南极臭氧层空洞出现的季节及原因南极臭氧层空洞只在南极的春季（9-11月）出现，持续一个月左右。
目前，主要解释是从光学角度进行的。
这种观点认为，使臭氧层破坏的罪魁祸首主要是氟氯烃（CFCs）。
在人类聚居的北半球，由于大量生产和使用CFCs，并使之进入大气层中，大气环流携带着北半球散发的CFCs，随赤道附近的热空气上升，分流向两极。
在南极黑暗酷冷的冬季（6－9月），下沉的空气在南极洲受到山地的阻挡，停止环流，就地旋转，形成“极地风暴旋涡”。
这股旋涡不断上升，上升到20千米高空的臭氧层内以后，把南极与中低纬地带空气对流隔绝开来，使南极变得极冷，并开始出现滞留在空中的冷气团“冰云”。
“冰云”中的冰晶微粒把气流中的CFCs吸收在其表面，并不断积聚其中。
当南极的春季来临时，阳光照向“冰云”，冰晶融化，释放出吸附的CFCs。
由于CFCs是一种含氯的有机化合物，当它受到短波紫外线的照射，分解出一种自由基，这种自由基与臭氧发生反应生成另一种自由基，反应过程中消耗掉一部分臭氧。
一个氯原子可破坏10万个臭氧分子。
因此，南极的臭氧洞出现在春季。
另一种解释是从动力角度进行的。
这种观点认为，在南极极夜期间，因中低纬向南极的热量输送效率很低，控制南极上空的极地“旋涡”内部，形成了异常低温环境，光照少，氧分子合成臭氧的光化学作用就会减弱。
当极夜结束，春季来临（9月始），太阳重新越出地平线时，由于集中于平流层中下层的臭氧对太阳辐射的吸收，这一范围的大气被加热，于是该层出现了上升运动。
这一上升运动引起的抽吸作用，将对流层臭氧含量低的气体带入了平流层，替代了原来平流层臭氧含量高的气体。
这种“抽吸作用”直到11月份才逐渐减弱，此时南极上空臭氧浓度逐渐上升。
可见，由于南极春季的这种“抽吸作用”，导致了南极春季臭氧空洞的形成。
全球性环境问题臭氧层空洞
3、温室气体的作用。在对流层上部和平流层底
部，即在气温很低的这一高度，臭氧的作用同样 非常重要。如果这一高度的臭氧减少，则会产生 使地面气温下降的动力。因此，臭氧的高度分布 及变化是极其重要的。
臭氧层破坏现象的发现及其现状
1974年6月28日,美国化学家一一雷利·罗兰和马 里奥·莫利纳,在英国《自然界》杂志上发表了“氯 氟烃(CFC)会严重地损害地球的臭氧层”的论文。 1976年，美国国家自然科学院正式了这一发现。
1985年5月16日,英国化学家乔·法曼也在此杂志 上发表了论文,以强有力的充足数据证明罗兰和莫 利纳理论是正确的 。同年，英国南极考察队在南 纬60°地区观测发现臭氧层空洞，引起世界各国极 大关注。臭氧层的臭氧浓度减少，使得太阳对地 球表面的紫外辐射量增加，对生态环境产生破坏 作用，影响人类和其他生物有机体的正常生存。
臭氧形成后：由于其比重大于氧气，会逐渐的向 臭氧层的底层降落，在降落过程中随着温度的变 化（上升），臭氧不稳定性愈趋明显，再受到长 波紫外线的照射，再度还原为氧。臭氧层就是保 持了这种氧气与臭氧相互转换的动态平衡。
作用：
1、保护作用。臭氧层能够吸收太阳光臭氧层阻 挡紫外线中的波长306.3μm以 下的紫外线，主 要是一部分UV—B(波长290～300μm)和全部的 UV—C(波长＜290μm，保护地球上的人类和动 植物免遭短波紫外线的伤害。只有长波紫外线 UV-A和少量的中波紫外线UV-B能够辐射到地面， 长波紫外线对生物细胞的 伤害要比中波紫外线轻 微得多。所以臭氧层犹如一件保护伞保护地球上 的生物得以生存繁衍 。
臭氧层空洞的定义(精)
臭氧层空洞的定义臭氧在大气中属微量气体，总量只占大气的百万分之0.4，而且90％以上集中在10-50公里的高层大气之中, 在离地面25千米处臭氧浓度最大。
全球大气中臭氧总量约有30亿吨，如果在摄氏零度的温度下，沿着垂直于地表的方向将大气中的臭氧全部压缩到一个标准大气压，那么臭氧层的总厚度只有3毫米左右。
这种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，多布森单位，简称D.U.）来表示，正常大气中臭氧的柱浓度约为300 D.U.。
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30%的区域。
2、臭氧洞为什么发生在南极地区？为什么臭氧损耗的规模如此之大？为什么每年的南极臭氧洞发生在春季？目前，对于臭氧层空洞形成机制大致有三种理论解释：①动力气象学上的极地纬向环流变化造成输送至南极上空的臭氧减少，形成臭氧洞；②极地冰晶效应影响下的多相化学反应引起臭氧的减少，出现臭氧洞；③与太阳辐射变化相关的动力气象因素及光化学反应（包括人类活动影响）综合作用导致臭氧洞的形成。
美国科学家莫里纳和罗兰德提出，人工合成的一些含氯和含溴的物质是造成南极臭氧洞的元凶，最典型的是氟氯碳化合物（CFC，俗称氟里昂）和含溴化合物哈龙（Halon）。
越来越多的科学证据证实，氯和溴在平流层通过催化化学过程破坏臭氧是造成南极臭氧洞的根本原因。
那么，氟里昂和哈龙是怎样进入平流层，又是如何引起臭氧层破坏的呢？就重量而言，人为释放的CFC和Halon的分子都比空气分子重，但这些化合物在对流层是化学惰性的，即使最活泼的大气组分———自由基对CFC和Halon的氧化作用也微乎其微。
因此它们在对流层十分稳定，不能通过一般的大气化学反应去除。
经过一两年的时间，这些化合物会在全球范围内的对流层分布均匀，然后主要在热带地区上空被大气环流带入到平流层，风又将它们从低纬度地区向高纬度地区输送，在平流层内均匀混合。
臭氧空洞
臭氧空洞包围地球并保护地球的大气层，由78%的氮气、21%的氧气和1%的其他气体组成，其中包括人们知之不多的“臭氧”。
臭氧层被称之为地球的“保护伞”，只是半个多世纪来，保护伞遭到了人类的破坏……（一）臭氧的分子式为O3，是氧的同素异形体，有特殊的臭味，故得其名。
臭氧若处于大气低层地球表面则十分有害，危及人畜和整个生态系统。
幸好，臭氧的处所是离地面15至40公里的大气平流层，形成严密包围地球的臭氧层，具有大量吸收过滤太阳紫外线辐射的特殊功效。
太阳紫外线辐射按波长分为三个区：波长315—400nm（1nm=10-9m）为UV—A区，既不能被臭氧有效吸收，但也不损害地球生物圈；波长280—315nm为UV—B区，可以达到地表并对人类及生态系统造成最大危害；波长为200—280nm 称UV—C区，可被氧气和臭氧完全吸收，即使臭氧遭到破坏，C 区线也不会到达地表。
所以臭氧吸收紫外线，主要是对波长280—315nm的B区紫外线的拦截、过滤和吸收。
可是，半个多世纪来，由于“氟里昂”的广泛应用，生产制冷剂、气雾剂、清洗剂、发泡剂和灭火剂等排放大量的氯氟烃类气体CFC S。
（CFC S即氯氟烃同系物，氟里昂是氯氟烃的商品名）。
1928年，美国人发明了CFC S用于制冷。
从60年代开始，人们利用CFC S稳定、无毒、无腐蚀性和不可燃等特性，便在发达国家中大量生产，广泛应用。
但是，当释放在大气中的氯氟烃类气体上升到平流层时，会分解掉那里的臭氧分子。
而且，氯氟烃中的一个氯原子，足以破坏上万个臭氧分子，部分氯氟烃的破坏力可以持续数十年甚至上百年，从而导致整个臭氧层密度减小，厚度变薄，甚至发生大面积穿孔现象。
据测定，南极上空的臭氧层已经稀薄了40%，出现了宽如美国国土、深如珠穆朗玛峰高度的大空洞。
北极上空的臭氧层减少了20—30%，极点上空差不多薄了40%。
另据报道，有科学家在我国西藏高原的天空亦发现第三个臭氧空洞。
臭氧密度变小，造成紫外线的过强辐射危害极大：其一，紫外线对人体十分有害，它能引发皮肤癌并损伤眼睛及人体免疫系统。
南极圈臭氧层空洞的原因
南极圈臭氧层空洞的原因
南极上空出现臭氧层空洞的主要原因是：太阳风射来的粒子流在地磁场的作用下向地磁两极集中，并破坏了那里的臭氧分子。
使用氟利昂作制冷剂及在其他方面使用也是原因之一。
宇宙高能粒子簇射破坏了臭氧层。
美国地球与宇宙研究局局长登·贝克认为，通过人造地球卫星发现，地球每隔27天就有两天半要受到宇宙高能粒子簇射，射向地球的带电粒子，其能量为200～1500万电子伏特。
这些带电粒子在地球磁场作用下沿着磁力线向南北两极射去，当南半球冬季到来时，南极大陆处于黑夜，大气中间层的氮、氢化合物在带电粒子的影响下浓度开始升高。
当南极大陆出现太阳的早春季节到来时，氮、氢化合物由于气温升高开始发生化学反应，这一过程使臭氧层迅速遭到破坏，因而在南极上空臭氧层出现空洞。
由于大气层总环流的稳定性和地球磁场的不同结构，北极磁场比南极磁场较强和均匀，因此这种化学过程只对南极大陆产生影响。
科学家在南极洲的发现—臭氧层空洞
对人类健康影响
1．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。 2．损害眼睛，增加白内障患者。 3．削弱免疫力，增加传染病患者。
对生态影响
1、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％。 2、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 。将会在15天内杀死所有生活在10米水深内的鳗鱼幼鱼。 3、破坏森林。 4、南极遭破坏 5、城市影响
南极臭氧层空洞卫星观测图
二、臭氧层空洞的形成
对南极臭氧洞形成原因的解释有三种， 对南极臭氧洞形成原因的解释有三种， 大气化学过程解释 太阳活动影响和大 过程解释， 即大气化学过程解释，太阳活动影响和大 气动力学解释 解释。 气动力学解释。
三、臭氧层空洞的危害
10多年来，经科学家研究；大气中的臭氧每减少1％ 。 多年来，经科学家研究；大气中的臭氧每减少 ％ 多年来 照射到地面的紫外线就增加2％， ％，人的皮肤癌就增加 照射到地面的紫外线就增加 ％，人的皮肤癌就增加 4-6％，还受到白内障、免疫系统缺陷和发育停滞等 ％，还受到白内障、 ％，还受到白内障 疾病的袭击。现在居住在距南极洲较近的智利 智利南端海 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，已尝到苦头，只要走出家门， 伦娜岬角的居民，已尝到苦头，只要走出家门，就要 在衣服遮不住的肤面，涂上防晒油，戴上太阳眼镜， 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， 否则半小时后，皮肤就晒成鲜艳的粉红色，并伴有痒 羊群则多患瞎，猎人可以轻易地拎起兔子耳朵带回家去， 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。 河里捕到的鲜鱼也都是盲鱼。
高中数学 南极臭氧空洞
课件2 南极臭氧空洞课件编号：ABⅠ-1-2-2．课件名称：南极臭氧空洞．课件运行环境：几何画板4.0以上版本．课件主要功能：配合教科书“1.2.1函数的概念”的教学，让学生理解对应关系．课件制作过程：（1）扫描教科书中的“南极臭氧空洞的面积”图片，保存为“南极臭氧空洞.tif”图片．（2）新建画板窗口．单击【Graph】（图表）菜单中的【Define Coordinate System】（建立直角坐标系），建立直角坐标系，并用文本工具把原点加注标签O．（3）用图片软件（如画笔）打开“南极臭氧空洞面积.tif”图片．然后复制图片，转到几何画板，单击【Edit】（编辑）菜单中的【Paste Picture】(粘贴图片)，粘贴图片，这样就把南极臭氧空洞变化的图片粘贴进来了．调整图片位置，使得图片中的原点与画板中的坐标系原点重合（图1）．图 1（4）在x轴的正半轴上画线段OE，使得OE的长度与图片的宽度一致．选中线段OE，单击【Graph】（画图）菜单中的【Point On Segment】(对象上的点),构造线段上的动点A；再选择点A和线段OE轴，单击【Construct】菜单中的【Perpendicular】(垂线)，作出线段OE的垂线，并把这条垂线的标签改名为拖动直线．（5）用【画线段】工具沿着图片中的曲线，建立首尾相连的一系列线段l，m，n，……等，直到这一系列线段跟曲线大致吻合（图2）．（6）选中第一条线段的端点B，单击【Measure】（度量）菜单中的【Abscissa （x）】（横坐标），得点B的横坐标x B，同样度量出点B的纵坐标y B．单击【Graph】菜单中的【Plot Points】（描点）绘制B'（x B，y B）（图3），然后删除点B，这样得到的B'是一个固定的点了．同样重新作完所有线段的端点．图2图3（7）选择线段工具，依次连接绘出的各点，再隐藏各个端点．（8）单击【Graph】菜单中的【Plot Points】（绘制点），绘制点（1，0）,（2，0）,（3，0）,…,（12，0）．调整x轴的单位长度，使得点（12，0）刚好与图片右下方吻合．用文本工具把点（1，0）的标签改为“1981”，把（2，0）的标签改为“1983”，依次类推，直到把（12，0）改为“2003”（图4）．图 4（9）度量A点横坐标x A,单击【Measure】菜单中的【Calculate】项，弹出计算对话框，输入“1979＋abs[x A-0.25]*2”（图5）, 单击【OK】．（10）选中计算值，单击右键，单击【Properties】（属性）项，在单击【Value】选项卡，单击【Precision】中选择【units】（图6）．图 5 图 6（11）移动拖动直线到与l相交，构造交点C并过此交点作y轴的垂线，并度量C点的纵坐标，记为S．（12）再移动拖动直线到与m相交，构造交点并过此交点作y轴的垂线同样度量交点的纵坐标．如此，一直作完与所有的系列线段的交点的纵坐标．把这些S放置在同一个位置．（13）删除粘贴进的图片．课件使用说明：1．在几何画板4.0以上版本环境下，打开课件“南极臭氧空洞.gsp”．2．“南极臭氧空洞.gsp”由2页组成．第1页是使用说明；第2页是“南极臭氧空洞面积变化表”，拖动“拖动直线”，从直线所对的值可以看出，对于每一个时间t，按照图中的曲线，都有唯一确定的臭氧层空洞面积和它对应，从而通过图象说明函数的概念．。
南极臭氧空洞
南极臭氧空洞【一】臭氧洞是怎么回事？大气中的臭氧是阳光中的紫外线作用于氧分子，氧分子分解成氧原子，氧原子和氧分子结合形成臭氧。
臭氧大部分存在于平流层10～50千米高度，其最大密度在20千米高度左右。
臭氧的总含量还不到地球大气分子数的100万分之一，如果把大气中的臭氧集中在海平面的高度，它只有大约3毫米的厚度。
太阳光中含有一种叫紫外线，公认为皮肤癌和白内障的元凶。
由于臭氧能吸收太阳光中的紫外线，因此保护地球上生物免受灭顶之灾。
英国南极考察科学家于1985年报道发现南极上空的臭氧空洞。
每年的8月下旬至9月下旬，在20千米高度的南极大陆上空，臭氧总量开始减少，10月初出现最大空洞，面积达2000多万平方千米，覆盖整个南极大陆及南美的南端，11月份臭氧才重新增加，空洞消失。
其实，所谓臭氧空洞，并不是说整个臭氧层消失了，只不过是大气中的臭氧含量减小到一定程度而已。
【二】臭氧洞是怎么形成的？研究说明，人类的活动，特别是大量使用作为制冷剂和雾化剂的氟利昂，是产生南极臭氧洞的重要原因。
人类在生产和生活中泄漏到大气中的氟利昂在高层大气中经紫外线分解成氯原子，氯原子使臭氧产生了分解。
在南极上空20千米的高度，因温度非常低，易生成冰晶云，这种云加剧了氯的催化作用，使大量的臭氧被分解。
南极封闭的大气环流系统使得被分解的臭氧得不到补充。
所以，大气中的化学反应和大气运动相辅相成，紧密相关，在南极上空形成臭氧空洞。
【三】臭氧洞有什么危害？简单说来，臭氧洞的危害是，透过臭氧洞的强烈紫外线对人和生物有杀伤作用。
在医院和实验室里，人们常用紫外线光消毒，杀死细菌和病毒，就是这个道理。
在阳光下曝晒，人的皮肤会变黑，也是这个道理。
不过，在通常情况下，来自阳光的紫外线是比较弱的，不足以对人起伤害作用。
在自然界里，太阳光的紫外线不容易直接到达地面，这是因为在地球的大气圈中有一层臭氧层，有效地阻止了太阳光的紫外线到达地球。
一旦臭氧量减少，大气圈中的臭氧层变稀薄，甚至出现空洞，障碍消除了，紫外线就会畅通无阻地穿过大气层，射到地球上。
臭氧层空洞定义
臭氧虽然来无影去无踪，但它对人体健康的损害依然不容 忽视。下面是在不同臭氧浓度下，人体所产生的症状：
而它到底是正是
邪？则主要取决
于它所处的高度：
3.臭氧层的破坏和紫外线辐射
24
臭氧的科学发现与背景
臭氧（O3）在大气中的含量非常微少，仅占一亿分之一。臭氧 层存在于距地面高度20～30 km范围平流层中，其中臭氧的含量 占这一高度上的空气总量的十万分之一。
氟氯碳(氟利昂)和哈龙的存在是臭氧层遭到破坏的主
要原因。 氟利昂主要用于致冷剂、发泡剂、清洗剂以及火箭 使用的推进器等，而哈龙则是高效灭火剂。
31
CFC’s产品
冷媒
发泡剂
灭火器
32
5.生成臭氧的光化反应
大气中最重要的两个吸收 体为O2和O3
O2 + hv
O + O2 + M O3 + hv
3
发展中国家的环境问题
（1） 生态环境遭受破坏 森林锐减
土地沙漠化；土壤侵蚀。
积水和盐渍化
4
（2）环境污染严重
空气污染严重
水污染严重；环境卫生差 农药污染严重
5
二、解决环境问题的根本途径
人口急增、经济发展和科技进步，是产生和激 化环境问题的根源。 人口—资源—环境—发展（PRED）模式 Population-Resource-Environment-Development。
37
什么是酸雨?
一般未被污染的雨水， pH 值呈弱酸性（ pH ＝ 5.65 ）。由 于人类大量使用煤、石油等化石燃料，燃烧后产生的硫 氧化物（SOx）和氮氧化物（NOx），在大气中经过复杂的 化学反应，形成硫酸和硝酸气溶胶，或为云、雨雪、雾 捕捉吸收，降到地面成为酸雨，故pH值低于5.6。
南极上空臭氧层空洞的发现
南极上空臭氧层空洞的发现臭氧在1849年首次被人类发现，臭氧层问题是美国化学家罗兰和穆连于1974年首先提出来的。
他们认为，在对流层大气中极稳定的化学物质氯氟烃（CFC）被输送到平流层后，在那里分解产生的原子氯（CI）就将有可能破坏臭氧层。
20世纪70年代末开始，科学家们开始每年春天在南极考察臭氧层。
1994年，人们首次观察到了至今为止最大的臭氧空洞，它的面积相当于一个欧洲，有24O0万千万千米。
臭氧（03）是氧气（O2）的一种异构体，在大气中的含量仅占一亿分之一，其浓度因海拔高度而异。
臭氧层可以说是地球的保护层，它主要围绕在地球外部离地面20—25公里高度的地方，起到吸收太阳紫外线中对生物有害部分UV－B（UV －B是紫外线的一段波长，为280—315nm）的作用。
同时，由于紫外线是平流层的热能来源，臭氧分子是平流层大气的重要组成部分，所以臭氧层在平流层的垂直分布对平流层的温度结构和大气运动起着决定性的作用，发挥着调节气候的重要功能。
南极上空的臭氧层是在20亿年的漫长岁月中形成的，可是仅在一个世纪里就被破坏了60％。
氟利昂作为氯氟烃物质中的一类，是一种化学性质非常稳定，且极难被分解、不可燃、无毒的物质，被广泛应用于现代生活的各个领域。
清洁溶剂、制冷剂、保温材料、喷雾剂、发泡剂等中都使用了氟利昂。
氟利昂在使用中被排放到大气后，其稳定性决定它将长时间滞留于此达数十年至100年。
由于氟利昂不能在对流层中自然消除，只能缓慢地从对流层流向平流层，在那里被强烈的紫外线照射后分解。
分解后产生的原子氯将会破坏臭氧层。
研宪表明，臭氧层被破坏后，紫外线会通过大气层长驱直入。
强烈的紫外线照射会抑制人的免疫力，会使白内障和皮肤癌患者增加。
如果臭氧层的总量减少1％的话， UV-B就将增加2％，其结果是使皮肤癌发病率提高2－4％。
此外，紫外线的增强还会影响农作物的生长，并通过对海洋中的藻类产生的影响破坏整个水生生态系统。
臭氧层空洞及其形成原因
臭氧层空洞的形成
携带北半球释放的氟氯烃的大气环流，随赤道附近的热空气上升，分流 向两极，然后冷却下沉，从低空回流到赤道附近回归线。
南极黑暗酷冷的冬季，下沉的气流在南极山地受阻，就地旋转，吸入冷 空气形成“极地涡旋”。
臭氧层空洞的形成
极地涡旋的重要作用：内部 空气与外部大气隔离，只有平 流层上部空气可以进入涡内。
大气臭氧层
O3在不同大气高度有显著不同 的环境作用 对流层：NOx和VOCs光化学 烟雾污染物；二级标准：（8h 浓度）1m范围内； 沿垂直于地面的方向将大气中 的O3全部压缩到1.01×105Pa， 总厚度平均约为3 mm。
臭氧层的作用
1979年
1989年
1999年
2008年
南极臭氧层空洞变化（1979-2008年）
臭氧层空洞的形成
Farman等人认为臭氧层空洞 形成原因：南极的极低温度 和极地含卤化合物浓度的增 加； Why 南极？
人类所排放氟氯烃主要在 北半球，欧洲、俄罗斯、 日本和北美约占总量的 90%，且是对流层。 北极有没有？
合作机制值得借鉴 对于气候变化、雾霾污染问题，只要共同行动，可以遏制 或者延缓环境危机。
Thank You !
1 卤素气体的
排放和聚集
2 卤素气体传
输至平流层
5 活性卤素气体
返回对流层并被 去除
极地涡旋和冰晶 云加剧了极地冬 季和春季的臭氧
层消耗
3 卤素气体在紫
外线照射下转化 为活性分子
4 活性卤素气体
在全球范围引起 臭氧层消耗
臭氧层的破坏机理
臭氧层的破坏机理
氟氯烃化合物来源
含氯气体
喷雾剂、发泡剂、制冷剂
旋涡内温度下降至240-195 K 时，水汽凝结成为冰晶云，并 吸收、积聚氟氯烃化合物。
极地臭氧洞
寒冷的冬季——南极无阳光，极寒冷
结果：在黑暗的冬季，潜在的催化活性氯物种Cl2 和HOCl大量聚集在漩涡中心，
早春——阳光开始照入
紫外辐射使漩涡中的Cl2和HOCl裂解，产生 Cl，从而迅速破坏漩涡中的臭氧，形成臭氧洞。
Cl2
hv
HClO
hv
2Cl
HO + Cl
春季——光照增强，南极温度上升
冰晶云蒸发：以上反应停止。 紫外光：发生臭氧生成的反应。 大气漩涡逐渐解体：外部臭氧补充进来，。 结果：极地臭氧浓度逐渐回升，臭氧洞消失。
ClO如何还原为Cl？ 通常靠氧原子与ClO反应而实现这个还原。 低平流层中：臭氧浓度急剧下降，没有足够的氧原 子，此时是靠ClO聚集到一定浓度（ppb量级） 时，形成二聚体ClOOCl 。 二聚体可发生光解反应重新产生Cl，使链反应完 整，导致大量臭氧快速破坏。
2ClO
ClO + ClO
ClOOCl C了。 根据观测事实和大气运动特点分析： 南极臭氧洞
主要是大气运动造成的， 是一种自然现象。
只是以前没有发现而已。
实际探测到：在臭氧突然大量减少的同时， ClO突然大量增多。
这使人认为臭氧洞的主要原因是Cl的催化作 用，是人类排放的CFCs的破坏作用。 但是，如果仅仅靠催化机理，无法解释其发生突 然、规模大的特点，以及时间、空间上的特点！
致使：南极平流层温度极低（T < 198 K）， 达到冰晶粒子的冷凝温度（187 K） 和 HNO3·3H2O的冷凝温度（193 K）。 平流层空气中的痕量水蒸气（4 ~ 6 ppmV）形成 极地平流云（polar stratospheric clouds，PSCs）微 粒，HNO3沉积在云粒子上，成为第一类极地平流云 （Type 1 PSCs）。
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课件2 南极臭氧空洞
课件编号：ABⅠ-1-2-2．
课件名称：南极臭氧空洞．
课件运行环境：几何画板4.0以上版本．
课件主要功能：配合教科书“1.2.1函数的概念”的教学，让学生理解对应关系．课件制作过程：
（1）扫描教科书中的“南极臭氧空洞的面积”图片，保存为“南极臭氧空洞.tif”
图片．
（2）新建画板窗口．单击【Graph】（图表）菜单中的【Define Coordinate System】（建立直角坐标系），建立直角坐标系，并用文本工具把原点加注标签O．（3）用图片软件（如画笔）打开“南极臭氧空洞面积.tif”图片．然后复制图片，转到几何画板，单击【Edit】（编辑）菜单中的【Paste Picture】(粘贴图片)，粘贴图片，这样就把南极臭氧空洞变化的图片粘贴进来了．调整图片位置，使得图片中的原点与画板中的坐标系原点重合（图1）．
图 1
（4）在x轴的正半轴上画线段OE，使得OE的长度与图片的宽度一致．选中线段OE，单击【Graph】（画图）菜单中的【Point On Segment】(对象上的点),构造线段上的动点A；再选择点A和线段OE轴，单击【Construct】菜单中的【Perpendicular】(垂线)，作出线段OE的垂线，并把这条垂线的标签改名为拖动直线．
（5）用【画线段】工具沿着图片中的曲线，建立首尾相连的一系列线段l，m，n，……等，直到这一系列线段跟曲线大致吻合（图2）．
（6）选中第一条线段的端点B，单击【Measure】（度量）菜单中的【Abscissa （x）】（横坐标），得点B的横坐标x B，同样度量出点B的纵坐标y B．单击【Graph】菜单中的【Plot Points】（描点）绘制B'（x B，y B）（图3），然后删除点B，这样得到的B'是一个固定的点了．同样重新作完所有线段的端点．
图2
图3
（7）选择线段工具，依次连接绘出的各点，再隐藏各个端点．
（8）单击【Graph】菜单中的【Plot Points】（绘制点），绘制点（1，0）,（2，0）,（3，0）,…,（12，0）．调整x轴的单位长度，使得点（12，0）刚好
与图片右下方吻合．用文本工具把点（1，0）的标签改为“1981”，把（2，0）的标签改为“1983”，依次类推，直到把（12，0）改为“2003”（图4）．
图 4
（9）度量A点横坐标x A,单击【Measure】菜单中的【Calculate】项，弹出计算对话框，输入“1979＋abs[x A-0.25]*2”（图5）, 单击【OK】．（10）选中计算值，单击右键，单击【Properties】（属性）项，在单击【Value】选项卡，单击【Precision】中选择【units】（图6）．
图 5 图 6
（11）移动拖动直线到与l相交，构造交点C并过此交点作y轴的垂线，并度量C点的纵坐标，记为S．
（12）再移动拖动直线到与m相交，构造交点并过此交点作y轴的垂线同样度量交点的纵坐标．如此，一直作完与所有的系列线段的交点的纵坐标．把这
些S放置在同一个位置．
（13）删除粘贴进的图片．
课件使用说明：
1．在几何画板4.0以上版本环境下，打开课件“南极臭氧空洞.gsp”．
2．“南极臭氧空洞.gsp”由2页组成．
第1页是使用说明；
第2页是“南极臭氧空洞面积变化表”，拖动“拖动直线”，从直线所对的值可以看出，对于每一个时间t，按照图中的曲线，都有唯一确定的臭氧层空洞面积和它对应，从而通过图象说明函数的概念．。