臭氧层损耗

生成的O3当受到波长为220–320nm的紫外线照射时又可以分解: :
因此，在高层大 气中存在着臭氧的 形成和分解两种光 化学过程，这两种 过程达到动态平衡， 使臭氧含量长期保 持在相应范围，结 果形成了一个浓度
相对稳定的臭氧层。
二 臭氧层对紫外线吸收效果
臭氧层能够吸收太阳光中的 波长306.3μm以下的紫外线， 主要是一部分UV-B(波长29 0～300μm)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U V-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。
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为什么每年的南极臭氧空洞多发生在春季？
(1)将Cl2和HOCl分解成原子氯，需要紫外线照射，但在冬天南 极的紫外光极少，C12和HOCl的光解机会很小。当春天来临时， 阳光返回南极地区，太阳辐射中的紫外射线使Cl2和HOCl开始发 生大量的光解，产生大量的原子氯，从而造成严重的臭氧损耗。 (2)春季后更多的太阳光到达南极，南极地区的温度上升，气象 条件发生变化，结果导致南极涡旋逐渐消失，其他地区臭氧浓 度较高的空气可以与南极空气换，使南极上空空气中的臭氧浓 度升高，臭氧空洞随之消失。▲
• 3.关于“第一次发现臭氧空洞是在1956年，那时氟氮烷还未广 泛使用.因此它肯定是一种自然现象” • Dobson及其同事1956年在南极上空测得的臭氧浓度并不代 表全球性的普遍降低，而只是和他们所预料的不一样——他们 本指望在9月份测得和3、4月份相近的臭氧浓度(450DU)，而结 果只有300DU。在此后20年里，臭氧的含量几乎不变。然而，到 了70年代末期，南极上空的臭氧浓度在每年9月开始下降，到11 月才恢复。到了80年代中期，每年1至9月臭氧的浓度便急剧下 降，在一个月里就消耗了南极臭氧的一半。
对于这些涉及臭氧耗损的地域性、季节性及其规模 的定性和定量研究一直是科学界的热点问题。
臭氧层被破坏的原因
• 最初对南极臭氧洞的出现，有过三种不同的解释。
一种认为，南极臭氧洞的发生是因为对流层的低臭氧 浓度的空气传输到平流层，稀释了平流层臭氧的浓度。
第二种解释认为，南极臭氧洞是由于宇宙射线的作用， 在高空生成了氮氧化物的结果。
• 我支持科学研究的结果：
1臭氧层破坏，自然原因占极少数，罪魁祸首是氟氯碳化物（CFCs,俗 称氟氯昂）和含溴化合物哈龙（Halons）。
2臭氧洞的形成不仅仅有非均相的过程，更多的是有空气动力学过程参 与的非均相催化反应过程。 3 空气动力学过程中，南极空气下沉形成极地涡旋，该“封闭区”平 流层云的云滴中含有HNO3· 2H2O和冰晶，通过反应可形成破坏臭氧层的 活性物质。
大气平流层中的NO和NO2是进人平流层中的N2O光解或 氧化而成的，而N2O则来源于大量施用的氮肥和微生物的转 化。汽车尾气、炼钢、炼铁及火力发电厂排出的废气中都 含有氮氧化合物。
臭氧层破坏机制
上述的均相化学反应并不能解释南极臭氧洞形成的全部过程。 深入的科学研究发现，臭氧洞的形成是有空气动力学过程参与的非 均相催化反应过程。
在平流层内，强烈的紫外线照射使CFCs和Halons分 子发生解离，释放出高活性的原子态的氯和溴，氯 和溴原子也是自由基。氯原子自由基和溴原子自由
基就是破坏臭氧层的主要物质。
溴原子自由基也是以同样 的过程破坏臭氧。还是以 氯为例。如左图。
臭氧层被破坏的原因
• Cl· 和Br· 就是破坏臭氧层的主要物质，它们对臭氧的破坏是以 均相催化的方式进行的。因此，也是催化剂。据估算，一个氯 原子自由基可以破坏10万个臭氧分子，而由Halons释放的溴原 子自由基对臭氧的破坏能力是氯原子的30-60倍。而且，氯原子 自由基和溴原子自由基之间还存在协同作用，即二者同时存在， 破坏臭氧的能力要大于二者简单的加和。
臭氧层消耗
———臭氧层破坏的原因
李巡案
环境工程 3109019014
contents
臭氧层生成 臭氧层对紫外线的吸收效果
臭氧层破坏状况及影响
臭氧层被破坏的原因
一 臭氧层的生成
臭氧层的分布
在距离地球表面20-40Km的高空平流层中有一臭氧 层，浓度高达百万分之十，占大气中总臭氧的90%以 上，它是由于氧分子吸收了波长小于242nm的紫外线 而形成的:
20世纪90年代以来，南极臭氧洞继续发 展，9-10月份期间，臭氧的破坏程度均 达到臭氧洞出现之前同期臭氧平均值的 60%-70%，臭氧洞最大覆盖面积约为20 ×106-24×106Km2,最低臭氧值在100Du 左右。臭氧层破坏正在恶化。
南极臭氧洞
臭氧层破坏随季节变化
破坏的趋势
臭氧层破坏后的影响
氯原子的催化过程可以解释所观测到的南 极臭氧破坏的70%，另外，氯原子和溴原 子的协同机制可以解释大约20%。
臭氧层破坏机制之争
大气物理学家S.F.Singer便 是一名对臭氧消耗的严重性持反 对意见的人。他认为，有许多证 据表明火山对平流层中的氯贡献 最大，远远超过了氟氯烷的影响。 由于氟氯烷比空气重，能进入平 流层的氟氯烷数量极少。而且， 第一次发现南极臭氧空洞是在50 年代，当时氟氯烷的使用还很不 普遍。《臭氧恐慌中的空洞》则 声称“证明了臭氧消耗理论是一 个科学的骗局”。
臭氧层对紫外线的吸收
波长为200～315纳米的 中短波紫外线对人体和 生物有害。
臭氧层破坏后对人体的危害？
紫外线的危害状况d
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紫外线指数是指当太 阳在天空中的位臵最 高时（一般是在中午 前后，即从上午十时 至下午三时的时间段 里），到达地球表面 的太阳光线中的紫外 线辐射对人体皮肤的 可能损伤程度。紫外 线指数变化范围用0 －15的数字来表示， 通常，夜间的紫外线 指数为0，热带、高 原地区、晴天时的紫 外线指数为15。
三
臭氧层的破坏
臭氧层空洞
1980年-1984年南极上空每年10月 臭氧含量与同年3月份相比大幅度 下降，出现了臭氧洞。 有资料观测分析表明，从 1985至1995的10年间，北 半球上空大气臭氧耗损平 均达到5%，南半球上空臭 氧损耗平均Leabharlann 3%，并且这 种臭氧耗损趋势还在继续。
臭氧层破坏状况
1998年南极上空的臭氧空 洞已经有2720万平方公里。
•臭氧研究者确信氯和嗅所催 化的臭氧消耗是全球的臭氧 层变薄的罪魁祸首。Solomon 所率领的1986年和1987年对 南极进行的考察，以及Nasa1 987年进行的复杂飞行得到的 数据都证实，氟氯烷中的氯 和含澳氟烷、溴甲烷是臭氧 空洞的肇事者。Anderson小 组对CIO进行的测量则更具说 服力。1987年，他们发现在 极地漩涡中的CIO浓度达1.3p pb(10亿分之1)，比正常的高 两个量级。到9月中旬，他们 清楚地观察到了两种物质之 间的关系:CIO越多，03越少。
臭氧层被破坏的原因
他们认为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物（CFCs,俗称氟氯昂）和含溴化合物 哈龙（Halons）。后来的科学证据证实，第三种观点是正确的。他 们两位也因其发现了臭氧层耗损机制于1995年共同获得了诺贝尔化 学奖。
四
破坏的原因
破坏的原因
• 美国科学进展协会的主席F.S.Rowland一一进行了批驳: 1.关于“氟氮烷比空气重，因此它不能上升到平流层” 氟氯烷确实比空气重，如果在一个静止的房间里喷洒，也确实是 倾向于沉至地面。但是，别忘了大气层更象由一只大电扇搅动的房间: 风把轻分子和重分子搅合起来，直到它们分散均匀，而不管它们的分 子量是多少。用火箭从地球上空50公里处取得的气样中，氪-80和氖20的含量之比和地表相比差别很小，虽然分子量相差4倍。而且，自 从70年代中期以来，氟氯烷和其它的卤代烷已经在用气球和飞行器采 集的平流层气样中检测到。 • 2.关于“氮的自然资源，如海水和火山带人平流层的氮要比氟氮烷所 带人的多得多” 海浪扬起的氯化钠确实大量进入了低层大气层。但由于它是水溶 性的，雨水从对流层中迅速把它淋回地面。相反，氟氯烷在水中很难 溶解，因而雨水洗不下来。火山确实也喷出氯化氢气体，但它也在对 流层中被雨水淋洗下来。
人为释放的CFCs和Halons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，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， 在平流层内混合均匀。
1
对人体健康的影响
3 2 对陆生植物的影响 对水生生态系统的影响
4
对生物化学循环的影响 对对流层大气组成及空气质量的影响
臭氧层保护——蒙特利尔议定书
四 破坏的原因
• 在南极臭氧层被破坏之后，立即引起了科学界及整个 国际社会的高度重视。 • 臭氧洞为什么发生在南极地区？ • 为什么臭氧耗损的规模如此之大？ • 为什么每年的臭氧洞发生在春季？