2-1当前全球性的环境问题-ozonehole

CFC’s产品
冷媒
灭火器
发泡剂
CFCs和其他消耗臭氧化合物的特性
化学名字 化学式
主要用途和来源
CFC-11 CFC-12 CFC-113 CFC-114 四氯化碳 甲基氯仿 Halon-1211 Halon-1301 Halon-2402 HCFC-22
HCFC-141b HCFC-142b
CCl3F CCl2F2 C2Cl3F3 C2Cl2F4 CCl4 CH3CCl3 CBrF2Cl CBrF3 C2Br2F4 CHF2Cl
和臭氧分子结合
分解成氧气 据估算，一个氯原子可以破坏10万个臭氧分
子，哈龙释放的溴原子对臭氧的破坏能力是氯原 子的30～60倍。
该 过 程 是 三 位 化 学 家 F. Sherwood. Rowland (什伍德.罗兰)、Mario Molina(马 利奥.莫琳娜)、Paul Crutzeu (保罗.克里森) 在2019年提出并总结的，因此获得了2019 年诺贝尔化学奖。
“蒙特利尔议定书”规定，参与条约的每个 成员组织（国家或国家集团）将冻结并依 照缩减时间表来减少5种氟利昂的生产和消 耗冻结并减少3种溴代物的生产的消耗。
5组氟利昂的大部分消耗量，将从1989年7 月1日起，冻结在1986年使用量的水平上； 从 1993 年 7 月 1 日 起 ， 其 消 耗 量 不 得 超 过 1986年使用量的80%；从2019年7月1日起， 减少到1986年使用量的50%。
化学物 质
C F C -11 , C F C -1 2
C F C -2 2 C F C -11 3 甲基氯仿 四氯化碳 哈 龙 1301, 哈 龙 1211 氧化氮 二氧化碳
甲烷
来
源
用于火箭的燃料气溶胶、制冷
剂、发泡剂及溶剂
制冷剂
溶剂
溶剂
生 产 CFC 及 粮 食 熏 烟 处 理
灭火器
工业活动副产品 化石燃料燃烧副产品 农业产品及采矿活动的副产品
1.5％，北京减少5％。 南极上空的臭氧层空洞一般每年8月份出现，9月份
至10月份空洞范围最大，12月份前后消失。
臭氧层遭到破坏的主要原因
臭氧层损耗原因目前还在探索之 中，仍然存在着不同的认识，但人类 排放的许多物质能引起臭氧层破坏已 成了不争的事实。这些物质主要有氟 氯烃(CFCs)、哈龙、氮氧化物、四氯 化碳以及甲烷等，其中破坏作用最大 的为哈龙与氟氯烃类物质。
臭氧层保护的发展历程
1980年，协调委员会提出了臭氧耗损严重威胁着人 类和地球生态系统这一评价结论。
1981年，联合国环境署理事会建立了一个工作小组， 其任务是筹备保护臭氧层的全球性公约。
1985年3月在奥地利首都维也纳通过了有关保护臭 氧层的国际公约----“保护臭氧层维也纳公约”，该 公约从1988年9月起生效。这个公约只规定了交换 有关臭氧层信息和数据的条款，但对控制消耗臭氧 层物质的条款却没有约束力。
1989年3-5月，联合国环境署连续召开了保护臭氧 层伦敦会议与“公约”和“议定书”缔约国第一次 会议—赫尔辛基会议，进一步强调保护臭氧层的紧 迫性，并于1989年5月2日通过了“保护臭氧层赫尔 辛基宣言”，鼓励所有尚未参加“保护臭氧层维也 纳公约”及蒙特利尔议定书的国家尽早参加；同意 在适当考虑发展中国家特别情况下，尽可能地但不 迟于2000年取消受控氯氟烃类物质的生产和使用； 尽可能早地控制和削减其它消耗臭氧的物质；加速 替代产品和技术研究与开发。
臭氧层空洞定义
定义：大气平流层中的 臭氧层浓度下降的现 象称为臭氧层空洞。 臭氧洞被定义为臭氧 的 柱 浓 度 小 于 200 D.U. ， 即 臭 氧 的 浓 度 较臭氧洞发生前减少 超过30%的区域。
Ozone hole
臭氧层破坏情况
2000年： 2800万平方公里
2019年： 2500万平方公里
第一讲 当前全球性 的环境问题
1 Global Issues
第二节 臭氧层的破坏
臭氧层的破坏 ozonosphere depletion
臭氧的科学发现与背景 什么是臭氧层空洞 臭氧层遭到破坏的主要原因 臭氧层空洞的危害 臭氧层保护的发展历程
NASA宣布，南极上空2000年9月3日 的臭氧层空洞面积达到2830万平方公 里 ，就像一个巨大的蓝色水滴。
• 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
• 对水生物的影响 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
③引起新的环境问题。 加剧光化学烟雾的形成 增强大气温室效应
加速材料的老化、分解、破坏，
例如塑料老化、涂料变色、钢铁材料 加速腐蚀等等。
臭氧层被破坏的原因
臭氧层4亿年前形成，之后基 本未遭破坏，直至上世纪。
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)
用途：制冷剂、发泡剂、清 洗剂、灭火剂、气雾剂、化 工助剂、杀虫剂
臭氧层耗减对人类健康的影响
• 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
白内障 1%臭氧层的减少，将增加1－1.5万白内障
紫外线能导致白内障
眼晴在强烈紫外线照射下，会使透明角膜混浊，引起角膜 炎，或是造成结膜充血的结膜炎，最严重的则是白内障。 经动物实验证明，不仅强烈紫外线照射会引起白内障，即 便是普通强度的紫外线，若一再反复照射，亦会渐渐发生 白内障。据估计，大气臭氧量若减少10%，全世界将产生 160~175万名新白内障患者。
自1975年以来，南极上空每年早春(南极10月份)总 臭氧浓度的减少超过30％。
1985年，南极上空臭氧层中心地带的臭氧浓度极为 稀薄，近95％被破坏，出现所谓的臭氧层“空洞”。
到1994年，南极上空的臭氧层破坏面积已经达2400 万km2。臭氧空洞发生的持续期间和面积不断延长 和扩大，2019年的持续期间为100天，比2019年增 加23天，而且臭氧洞的面积比2019年增大约15％， 几乎可相当于3个澳大利亚。
在“保护臭氧层维也纳公约”的基础 上，为了进一步对氯氟烃类物质进行控制， 在审查世界各国氯氟烃类物质生产、使用、 贸易的统计情况的基础上，通过多次国际 会议协商和讨论，于1987年9月16日在加拿 大的蒙特利尔会议上，通过了“关于消耗 臭氧层物质的蒙特利尔议定书”，并于 1989年1月1日起生效。
据美国科学院估计，假如工业生产及豆科植物产 生的氮肥增加1～2倍，全球的臭氧将减少3.5％。
ຫໍສະໝຸດ Baidu
臭氧层损耗的危害
①损害人的免疫系统、眼角膜及人体皮肤，尤其
使患皮肤癌患者增加。
紫外线增加对人类健康所造成的危害，以皮肤癌最为 人熟知，而且为害最广。皮肤癌的罹患率与人种和纬 度有关，例如同为10万人口的地区，美国德州就有 100人以上罹患皮肤癌，瑞典为5~20人，而日本只有 5人以下。换言之，一般以白种人的罹患率最高，居 住地区则愈近赤道罹患率愈高。根据联合国相关组织 的统计资料显示：大气总臭氧量若减少10%，皮肤癌 的罹患率将增加26%，且每年全世界将新增加30万 名以上的皮肤癌患者。
CFCs对臭氧层的破坏作用
一个Cl自由基可以消耗数十万个O3
许多氮氧化物也像CFCs一样破坏平流层中臭氧层， 其中氧化亚氮(N2O)引人关注。N2O的光解和氧化 作用可以形成NO，NO再与O3反应形成NO2和O2， 从而使O3分解。
N2O的人为来源是施用化肥、化石燃料燃烧等，天 然来源有土壤中的细菌作用和空中雷电等自然现 象。高空飞行的航空器、核试验等产生的NOX也 可以使O3分解。
20
300
132
42
135
4.9
7
20
3
65
0.7
20
100
12.1
2
9.4
6
18.4
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 + O （游离态）
O + O2 + M O3 + M
消耗氧分子，产生臭氧 触
O3 + hv
媒
O2 + O
高能光子
氟氯碳化物
阳光照射
释放氯原子
臭氧的科学发现与背景
臭氧在大气中的含量非常微少，仅占一亿分之一。 臭氧层存在于距地高度20～30km范围平流层中， 其中臭氧含量占这一高度上空气总量的十万分之一
臭氧含量虽然极微，却具有非常强烈的吸收紫外线 的功能，它能吸收波长为200～300 nm的紫外线。
正由于臭氧层能够吸收99％以上来自太阳的，对生 物具有极强的杀伤力的紫外辐射，从而保护了地球 上各种生命的存在、繁衍和发展， 维持着地球上的生态平衡。
臭氧层的作用
保护作用 吸收300µm以下的紫
外线，主要是一部分中波
UV-B（290－320µm)和 全部短波UV-C(<290µm) 加热作用
吸收紫外线转化为热能
温室气体的作用
臭氧减少会产生地面气 温下降的动力
将地球上臭氧压缩至1个大气 压，其厚度仅3mm
臭氧层的作用
大气对紫外线辐射的吸收
科学家观察证实，近40年来，大气 中臭氧层的破坏和损耗越来越严重。
南极上空的臭氧层是在20亿年 里形成的，可是在一个世纪里就被破坏了60％。
北半球上空的臭氧层比以往任何时候都薄。 欧洲和北美上空的臭氧层平均减少了10％～15％，
西伯利亚上空甚至减少了35％。 20世纪80年代，中国昆明上空臭氧平均含量减少
例如： H + O3 HO + O2
O + HO H + O2
总反应：O + O3 2O2/H
光 CF2Cl2= CF2Cl+Cl O3+Cl=ClO+O2 ClO+O=O2+Cl
Cl 总反应式：O + O3 = 2O2
O3 + NO = NO2 + O2 O + NO2 = NO + O2
紫外线破坏地球生态:海洋生物学家发现，由 于臭氧洞季节性消长的现象，在臭氧洞涵 盖范围之内海域生活的浮游植物，光合作 用速率将降低约6~12%。浮游植物生长趋 缓，将造成食物链中断的危机。美国马里 兰大学曾经针对200种农作物进行研究，在 温室内观察紫外线照射的影响，发现约有 三分之二的种类，会有生长迟缓的反应。
C2H3FCl2 C2H3F2Cl
气溶胶喷射剂；发泡剂 气溶胶喷射剂；制冷剂；发泡
剂 溶剂 气溶胶喷射剂；制冷剂 溶剂 溶剂 阻燃剂 阻燃剂 阻燃剂 气溶胶喷射剂；制冷剂； 发泡剂；溶剂；阻燃剂 发泡剂；溶剂 发泡剂；溶剂
1992 年大气中 大气中寿命，
浓度/ppt
τ/a
268
50
503
102
82
85
什么是氟氯碳化物(CFCs)？
它是二十世纪化学界最伟大的发明 无臭、无毒、不可燃、不伤物料 常温常压下为气体，由液体转变为气体时
体积变得极大，并且吸收大量热能 可溶解多种化学物，如香水、杀虫剂等 表面张力低、溶解度大 在低空对流层环境中相当稳定 在大气中寿命达50至100年
紫外线还会破坏免疫系统，减弱人 体对病毒和病原菌的抵抗力，使更 容易罹患传染性疾病。紫外线之所 以会损害皮肤、眼晴及免疫系统， 是因为紫外线能破坏人体内的蛋白 质和核酸。
②破坏地球上的生态系统。抑制植物的光 合作用，损害植物叶片，使农作物减产。 水生生态系统中的微生物、小型鱼虾和 单细胞藻类减少、死亡，食物链被破坏， 还可能导致某些生物物种的突变。
臭氧层的位置
臭氧在距地25km浓度最大
臭氧的科学发现与背景
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，简称D.U.）来表示，正 常大气中臭氧的柱浓度约为300 D.U.。
1990 年 6 月 20-29 日 ， 联 合 国 环 境 规 则 署 在伦敦召开了关于控制消耗臭氧层物质的蒙特利尔 议定书缔约国第二次会议。这次大会又通过了若干 补充条款，修正和扩大了对有害臭氧层物质的控制 范围，受控物质由原来的2类8种扩大到7类上百种。 规定缔约国在2000年或更早的时间里淘汰氟利昂和 哈龙。到2019年，四氯化碳将减少85%；到2000年 将 全 部 淘 汰 。 到 2000 年 ， 三 氯 乙 烷 将 减 少 70% ； 2019年以前全部淘汰。