1995诺贝尔化学奖

[注] 希腊神话，阿基里斯出生后，被其母倒提着在冥河水中漫过，除未 浸到水的脚踵外，浑身刀枪不入。 这里比喻唯一致命的弱点。
主要理论
• 大气中氧分子在紫外线作用下，先分解成氧原子，接着再和氧分子反 紫外线 应形成臭氧： O2 2O · O· +O2+M O3+M 式中M是一个随 机的空气分子(O2、N2)或其它分子，仅起传递能量的作用。 早在 1930年英国的物理学家西德尼· 查普曼（Sideny Chapman）首先提出了 大气中臭氧的形成和分解的光化理论。该理论描述了阳光作用下，氧 的各种形态间是如何相互转化的；并阐明臭氧的最高含量存在于海拔 15～50km的大气层中，该层即称为臭氧层。然而，以后的测量与查普 曼理论有明显的偏差，臭氧含量的计算值明显高于观测值。因此，一 定存在其它的化学反应使臭氧含量减少。直至多年后，比利时的马塞 尔· 尼科莱特（Marcel Nicolet）填补了这方面的空白，他认为由于羟 基OH和HO2基团的存在，加剧了臭氧的分解。向更深入理解臭氧层化 学迈出关键步骤的科学家是保罗· 克鲁岑。他于1970年指出，氮的氧化 物NO和NO2 可以对臭氧的分解起催化作用，从而造成臭氧含量的迅 速减少。 NO＋O3 NO2＋O2 NO2＋O· NO＋O2 紫外线 O3 O2+O · 净结果：2O3 O2 大气中氮的氧比物除了来自工 业生产、汽车尾气等以外，还通过N2O分解而来，而N2O来源于地面上 微生物的转化，克鲁岑证实的土壤中微生物与臭氧层厚度间的联系， 是推动近年来全球性生化循环研究快速发展的动力之一。
荷兰保罗· 克鲁岑
Biblioteka Baidu马里奥· 莫利纳
舍伍德· 罗兰
臭氧层—生物圈的阿基里斯脚踵
• 环绕地球的大气中含有少量的臭氧，若将大气中所有的臭氧压 缩到相当于地球表面的大气压力，则臭氧层只有3mm厚，虽然 臭氧的存在量很小，但它对地球上的生命起着至关重要的作用， 这是因为臭氧和氧气一起能够吸收由太阳辐射的大部分紫外线， 使它们不能到达地球表面。一旦失去了臭氧层的保护，将导致 皮肤癌和白内障等疾病的发病率增加，甚至动植物将无法生存。 因此,了解调节臭氧含量的过程显得非常重要。 保罗· 克鲁岑、 马里奥· 莫利纳和舍伍德· 罗兰在解释大气中臭氧如何通过化学过 程形成和分解方面率先作出了贡献。他们的研究表明，臭氧层 对人为释放的某些化合物极为敏感。稀薄的臭氧层最可能受到 严重破坏，它是生物圈唯一致命的弱点。大自然变暖倾向已证 实了这一点。这三位科学家通过阐明影响臭氧层厚度的化学机 理，从而为解决可能带来灾难性后果的全球性环境问题开创了 新纪元。
南极上空的臭氧洞
• 莫利纳和罗兰的研究报告，使CFC的释放在70年代末到80年代初得到一定程度的控制， 但直到1985年，当令人震惊的消息报导后，才将限制CFC释放问题作为国际谈判桌上的 一个极为紧急的议题。那时英国的约瑟夫· 法曼（Joseph Farman）和他的同事们注意到 南极上空臭氧的严重消耗，即“臭氧洞”的存在，臭氧的消耗量比早先按CFC效应计算 的结果大得多，此时，研究者间的争论更趋激烈，这是一个气候的自然变化呢？还是 人类造成的臭氧的化学分解？面对南极上空臭氧层令人惊讶的消耗速度，克鲁岑、罗 兰和他们的同事们认为，这不能仅从转化过程或气相化学反应去解释，一定还存在某 种可以加速臭氧分解的新机理，他们确认该机理为在平流层云雾粒子表面进行的化学 反应。研究表明，南极的臭氧消耗和南极持续的极低温度有关，因低温导致水和硝酸 凝聚成“极化平流层云”（PSCS)，这种云雾粒子极大地加剧了臭氧分解。这一机理导 致了大气化学的一个新的分支—微粒表面“多相化学反应”的兴起。 未来的期望 基 于克鲁岑、莫利纳和罗兰的杰出贡献，人们对臭氧问题有了正确、科学的理解，才达 成了有关限制能破坏臭氧的气体的排放的决定，并于1987年在加拿大蒙特利尔签订。 尽管在轨卫星发现，那些破坏臭氧的气体的排放量，在1988～1993年间差不多下降了 50％，最近仍越来越要求严格执行蒙特利尔协定，最危险的气体将从1996年开始完全 禁止排放(对发展中国家可以宽限几年，以引入不危害臭氧层的替代物)，由于可破坏臭 氧的气体到达臭氧层尚需一定的时间，所以预期在未来的几年内，臭氧的消耗不会有 太大的改观，不仅南极上空，北半球的上空大多也是如此。如果人们遵守有关禁令的 话，臭氧层将从本世纪末和下世纪之交时逐渐弥合，然而至少要用100年时间才能完全 恢复。
大气层化学的新纪元
荷兰保罗· 克鲁岑（Paul Crutzen），美国马里 奥· 莫利纳（Mario Molina）和舍伍德· 罗兰 （F． sherwood Rowland）由于在大气层化学，尤 其是臭氧的形成和分解的研究方面作出的杰出的贡 献，而被授于1995年度诺贝尔化学奖。 保罗· 克 鲁岑1933年生于荷兰阿姆斯特丹市，1973年获斯德 哥尔摩大学气象学博士学位，瑞典皇家科学院院士 和瑞典皇家工程科学院院士，现任德国马克斯普 朗克化学研究所教授。马里奥· 莫利纳1943年生于 墨西哥的墨西哥市，加利福尼亚大学伯克利分校物 理化学博士，美国国家科学院院士，现任麻省理工 学院地球、大气和行星科学系教授。舍伍德· 罗兰 1927年生于美国俄亥俄州特拉华市，1952年获芝加 哥大学化学博士学位，美国文理科学院和国家科学 院院土，现任加利福厄亚大学化学系教授。。
氟氯烃对臭氧层的破坏
• 氟氯烃（CFC）用于冰箱、空调中的致冷介质，工厂的洗涤溶剂和泡 沫塑料中制造微孔的发泡剂等，由于CFC具有非常稳定的化学性质又 无毒，人们普遍认为将它们排放入大气中是极为理想的。1974年马里 奥· 莫利纳和舍伍德· 罗兰发表广为人知的论文，指出对臭氧层的破坏 来自氟氯烃气体，标志臭氧化学的研究又达到一个新的水平。他们认 为，当CFC逸入空气后，极缓慢地进入臭氧层，在那里受到强烈紫外 线照射而分解，其中值得注意的产物是氯原子，游离的氯与臭氧发生 化学反应，并破坏这些臭氧。他们预言，若按照目前人们使用CFC气 体量持续不变来计算，几十年后臭氧层绝大部分将被消耗殆尽。这一 结论，引起人们的极大关注，不少人对莫利纳和罗兰的计算持保留的 态度，更多的人持严肃关注的态度。英国的詹姆土· 拉夫劳克（James Lovelock）制成了一种能测 量大气中极低含量有机气体的高灵敏度仪 器—电子捕获检测器，利用这种仪器证实，CFC气体已扩散到遍及全 球的大气中。美国的理查德· 斯托拉尔斯基（Richard Stolarski）和拉尔 夫· 西塞伦娜（Ralph Cicerone）也证实大气中的氯原子可象氮的氧化 物那样催化分解臭氧。