臭氧层空洞的成因解决方法和目前的进展

臭氧层空洞的成因,解决方法和目前的进展1984年，英国科学家法尔曼等人在南极哈雷湾观测站发现：在过去10 — 15 年间，每到春天南极上空的臭氧浓度就会减少约30%，极地上空的中心地带有近95% 的臭氧被破坏。从地面上观测，高空的臭氧层已极其稀薄，与周围相比像是形成一个“洞”，“臭氧洞”由此而得名，这是人类历史上第一次发现臭氧空洞，当时观察此洞覆盖面积只有美国的国土面积那么大。臭氧空洞越来越大，危害越来越严重，已经逐渐引起了全社会的重视。那么，地球大气中臭氧层的作用是什么，现状如何，臭氧空洞是如何形成的，对人类及地球有何危害呢，有没有补救的措施？现简单介绍如下。

1、大气臭氧层的作用

臭氧层中的臭氧是在离地面较高的大气层中自然形成的，其形成机理是：

O2 ＋hv——→O＋O (高层大气中的氧气受波长短于242nm的紫外线照射变成游离的氧原子)；

O2＋O =O3 （有些游离的氧原子又与氧气结合就生成了臭氧，大气中90%的臭氧是以这种方式形成的）；

O3是不稳定分子，来自太阳的短于1140nm射线照射又使O3分解，产生O2分子和游离O原子，因此大气中臭氧的浓度取决于其生成与分解速度的动态平衡。太阳是一个巨大的热体，表面温度高达6000℃，是地球取之不尽的能量来源。但太阳辐射的紫外光中有一部分能量极高，如果到达地球表面，就可能对地球生物的生存造成无法挽回的影响然而，自然的力量改变了这一过程，地球的大气层就像一个过滤器，一把保护伞，将太阳辐射中的有害部分阻挡在大气层之外，使地球成为人类可爱的家园。而完成这一工作的，就是今天已经妇孺皆知的“臭氧层”。

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 3 mm，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。可以毫不夸在地说，地球上的一切生命就像离不开水和氧气一样离不开大气臭氧层，大气臭氧是地球上一切生灵的保护伞。

2、大气中臭氧层现状及发展

美国国家宇航局（NASA）的科学家前不久宣布，到2000年10月，南极上空臭氧洞的面积大约为2900万平方英里，这是迄今为止观测到臭氧空洞的最大面积。从NASA发布的图片上可以看到，臭氧洞像一个大的蓝水滴，完全罩在南极的上空，并延伸到南美的南端。

臭氧空洞增大的速度是惊人的，特别是近年来南极上空的臭氧空洞有恶化的趋势。根据全球总臭氧观测的结果表明，在过去10-15年间，每到春天南极上空平流层的臭氧都会发生急剧的大规模耗损。臭氧洞可以用一个三维的结构来描述，即臭氧洞的面积、深度及延续时间。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。从那以后，臭氧浓度下降的速度还在加快，有时甚至减少到只剩30%，臭氧洞的面积也在不断扩大。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。近年臭氧洞的深度和面积等仍在继续扩展，1995年观测到的臭氧洞的天数是77天，到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。

目前，不仅在南极，在北极上空也出现了臭氧减少的现象，美、日、英、俄等国家联合观测发现，北极上空臭氧层也减少了20%，已形成了面积约为南极臭氧空洞三分之一的北极臭氧空洞。在被称为是世界上“第三极”的青藏高原，中国大气物理及气象学者的观测也发现，青藏高原上空的臭氧正在以每10 年 2.7% 的速度减少，已经成为大气层中的第三个臭氧空洞。

3、臭氧空洞的成因

臭氧层损耗是臭氧空洞的真正成因，那么，臭氧层是如何耗损的呢？人类活动排入大气中的一些物质进入平流层与那里的臭氧发生化学反应，就会导致臭氧耗

损，使臭氧浓度减少。

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），以及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。

消耗臭氧层的物质，在大气的对流层中是非常稳定的，可以停留很长时间，如CF2C12在对流层中寿命长达120年左右。因此，这类物质可以扩散到大气的各个部位，但是到了平流层后，就会在太阳的紫外辐射下发生光化反应，释放出活性很强的游离氯原子或溴原子，参与导致臭氧损耗的一系列化学反应：

CFxCl4-x＋hv→•CFxCl3-x＋•Cl

•Cl＋O3→•ClO＋O2

•ClO＋O→O2＋•Cl

这样的反应循环不断，每个游离氯原子或溴原子可以破坏约10万个O3分子，这就是氯氟烷烃或溴氟烷烃破坏臭氧层的原因。

国际组织《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》规定了15种氯氟烷烃、3种哈龙、40种含氢氯氟烷烃、34种含氢溴氟烷烃、四氯化碳（CCl4）、甲基氯仿（CH3CCl3）和甲基溴（CH3Br）为控制使用的消耗臭氧层物质，也称受控物质。其中含氢氯氟烷烃（如,HCFCl2）类物质是氯氟烷烃的一种过渡性替代品，因其含有H，使得它在底层大气易于分解，对O3层的破坏能力低于氯氟烷烃，但长期和大量使用对O3层危害也很大。

在工程和生产中作为溶剂的四氯化碳（CCl4）和甲基氯仿（CH3CCl3），同样具有很大的破坏臭氧层的潜值，所以也被列为受控物质。

溴氟烷烃主要是哈龙：哈龙1211（CF2BrCl）、哈龙1310（CF3Br）、哈龙2420（C2F4Br2）,这些物质一般用作特殊场合的灭火剂。此类物质对臭氧层最具破坏性，比氯氟烷烃高3～10倍，1994年发达国家已经停止这3种哈龙的生产。

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→O2＋NO2，

O＋NO2→O2＋NO,