臭氧层破坏原因危害及其防治对策

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1、标 题: 专 业: 班 级: 学 号: 姓 名: 指导老师：环境化学学习与思考论文臭氧层破坏原因、危害及其防治对策应用化学1201 班2012310200101徐永忠胡先文湖北武汉二一四年十一月臭氧层破坏原因、危害及其防治对策摘要：臭氧层是指距离地表1550km 处臭氧分子相对富集的大气平流层.它能吸收99%以上对人类有害的太阳紫外线，保护地球上的生命免遭短波 紫外线的伤害因此，臭氧层被誉为地球上生物生存繁衍的保护伞.然而，近 20多年来，地球上的臭氧层正在遭到破坏目前,如何防止臭氧层遭破坏已 成为人类面临的全球性环境问题之一 引言：臭氧层是大气中臭氧相对集中的层面，一般是指10千米50千米

2、高度之间的大气层，因受太阳紫外线的光化作用，其臭氧含量的百分率比较 高，尤其是在20千米25千米的高度处。由于太阳辐射的紫外线和大气中 的氧气、氧原子的含量有随大气高度增减而变化的规律，在平流层内便形成 了臭氧的聚集区。大气中的臭氧除了具有随高度分布的规律外，而且还随纬 度和季节的不同以及昼夜交替而变化。在臭氧层里，其实臭氧的浓度是很稀 的，即使在浓度最大处，所含臭氧量也不过大约10ppm。若将大气臭氧总量 订正到海平面上，它只有0.15 厘米0.45 厘米（平均为0.3 厘米）的厚度。 大气中的臭氧的含量虽然很少，但是它在地球环境中所起的作用却非常重 要。第一，它是地球生物的保护伞。因为臭氧

3、层阻挡了太阳辐射中的大部分 紫外线，使地面生物免受紫外线的伤害，而少量穿透大气层到达地面的紫外 线对人类和生物则是有益的。第二，它是引起气候变化的重要因素。臭氧对 太阳紫外线辐射的吸收是平流层的主要热源，平流层臭氧浓度及其随高度 的分布直接影响平流层的温度结构，从而对大气环流和地球气候的形成起 着重要作用，因此，平流层臭氧浓度的变化是大气的重要扰动因子。一、臭氧层破坏的现状由于臭氧有其特殊的性质，并易受各种因素的影响，所以臭氧层又是十 分脆弱的。卫星观测资料表明，自20世纪70年代以来，全球臭氧总量明显 减少，1979 年1990年，全球臭氧总量大致下降了 3%。南极附近臭氧量减 少尤为严重，

4、大约低于全球臭氧平均值30%40%，出现了 “南极臭氧洞”。 自1985年发现“臭氧洞”以来，到1987年它变得既宽又深，1988 年虽然有 所缓解，但1989年以后到90年代的前几年里，每年南半球春季都出现很强 的“臭洞”，1994 年到1996年南极臭氧洞还在扩大。最近，从安装在俄罗 斯和美国卫星上的探测器发回的数据获悉，“南极臭氧洞”面积已达2400 平方千米，最薄处只有100多布森单位（100dobso n， 相当于1毫米厚度）。以上情况表明，臭氧层这个地球生命的保护伞，正在遭到严重的破坏， 研究其原因和机制并提出切实可行的保护措施，已成为全世界共同面临的 重大问题。心二、臭氧层破坏的

5、原因关于臭氧层变化及破坏的原因，一般认为，太阳活动引起的太阳辐射强 度变化，大气运动引起的大气温度场和压力场的变化以及与臭氧生成有关 的化学成分的移动、输送都将对臭氧的光化学平衡产生影响，从而影响臭氧 的浓度和分布。而化学反应物的引入，则将直接地参与反应而对臭氧浓度产 生更大的影响。人类活动的影响，主要表现为对消耗臭氧层物质的生产、消 费和排放方面。大气中的臭氧可以与许多物质起反应而被消耗和破坏。在 所有与臭氧起反应的物质中，最简单而又最活泼的是含碳、氢、氯 和氮几种 元素的化学物质，如氧化亚氮（N 20）、水蒸汽（H 20）、四氯化碳（CCI 4）、甲烷 （CH 4）和现在最受重视的氯氟烃（

6、CFC）等。这些物质在低层大气层正常情况 下是稳定的，但在平流层受紫外线照射活化后，就变成了臭氧消耗物质。这 种反应消耗掉平流层中的臭氧，打破了臭氧的平衡，导致地面紫外线辐射的 增加，从而 给地球生态和人类带来一系列问题11. 臭氧的平衡在自然状态下，大气层中的臭氧是处于动态平衡状态的，当大气层中没 有其它化学物质存在时，臭氧的形成和破坏速度几乎是相同的。然而大气中 有一些气体，例如亚硝酸、甲基氧、甲烷、四氯化碳，以及同时含有氯与氟（或 溴）的化学物质，如CFC和哈龙等，它们能长期滞留在大气层中，并最终从对 流层进入平流层，在紫外线辐射下，形成含氟、氯、氮、氢、溴的活性基因， 剧烈地与臭氧起反

7、应而破坏臭氧。这类物质进入平流层的量虽然很少，但因 起催化剂作用，自身消耗甚少，而对臭氧的破坏作用十分严重，导致臭氧平 衡的打破，浓度下降，这就是目前臭氧问题的症结所在。2. 氯氟烷烃与臭氧层氯氟烷烃是一类化学性质稳定的人工源物质，在大气对流层中不易 分解，寿命可长达几十年甚至上百年。但它进入平流层后，受到强烈的紫外 线照射，就会分解产生氯游离基CI ，氯游离基与臭氧分子03作用生成氧化 氯游离基。CIO 和氧分子02消耗掉臭氧进而氧化氮游离基再与臭氧分子作 用生成氯游离基，如此，氯游离基不断产生，又不断与臭氧分子作用，使一个 CFC分子可以消耗掉成千上万个臭氧分子。6其主要反应式如下（以CF

8、C-11 为例LI氟氯烷烃作为臭氧层破坏元凶而被人们高度重视的CFC, 里昂”，它们主要用作致冷剂、发泡剂、清洗剂等。有5种物质为“特定氟其产品一直在增加，直到知道利用CFC作气溶胶的潜在危险后才开始下降，通过实施控制措施，特定氟里昂的生产量由1986年的113万吨减少为1991年的68万吨,削弱了40%。83. 溴化物与臭氧层世界气象组织认为，溴比氯对整个平流层中臭氧的催化破坏作用可能 更大。南极地区臭氧的减少至少有2%是溴的作用所致。有人指出，在对极 地臭氧的破坏中，BrO 与ClO反应可能起重要作用：BrO+ClO f Br +CI +O2Br +Q fBrO+O2Cl +Q fCIO+

9、Q整个反应使 2Q f3O2。对极地平流层的BrO和ClO的观察支持这种观点，并由此认为南极地区臭氧 破坏的20%30%是由溴引起的，而且认为，溴对北半球臭氧的破坏可能更加 严重。所以溴化物的量虽少，作用却不可低估。4. 氮氧化物与臭氧层氮氧化物系列中的20（氧化亚氮）,化学性质稳定，至今还不清楚它 对生物的直接影响，因而还未列为大气污染物。但是,N 2O同氯氟烃一样能破 坏平流层臭氧，同二氧化碳一样，也是一种温室气体，并且其单个分子的温 室效应能力是CO2分子的100倍。三、臭氧层破坏的影响1. 臭氧层破坏对人类健康的影响由于臭氧层的破坏，太阳紫外线中以往极少能到达地面的短波紫外线 也将增加

10、，使得皮肤病和白内障患者将会增加。据统计，臭氧层减少1%可使 有害的波长为280320纳米的紫外线增加2%，其结果是皮肤病的发病率将 提高2%4%。现在，距南极洲较近的居民已饱尝臭氧层空洞带来的痛苦，如 居住在智利南端的海伦娜岬角的居民，只要走出家门，就一定要在衣服遮不 住的肤面涂上防晒油，再戴上太阳镜，否则半小时后皮肤就被晒成鲜艳的粉 红色，并伴有搔痒病。22. 臭氧层破坏对生物的影响虽然植物已发展了对抗UV-8高水平的保护性机制，但实验研究表明， 它们对波长为280320纳米水平增加的应变能力差异甚大。迄今为止，已 对200多种不同的植物进行了波长为280320纳米的紫外线敏感性试验， 发

11、现其中2/3产生了反应。敏感的物种如棉花、豌豆、大豆、甜瓜和卷心 菜，都发现生长缓慢，有些花粉不能萌发。它能损伤植物激素和叶绿素，从而 使光合作用降低。33. 臭氧层破坏对全球气候的影响平流层中臭氧对气候调节具有两种相反的效应：如果平流层中臭氧浓 度降低，在这里吸收掉的紫外线辐射就会相应减少，平流层自身会变冷，这 样释放出的红外辐射就会减少，因之会使地球变冷。另一方面，因辐射到地 面的紫外线辐射量增加，会使地球增温变暖。如果整个平流层中臭氧浓度的 减少是均匀的，则上述两种效应可以互相抵消，但是如果平流层的不同区域 的臭氧层浓度降低不一致，两种效应就不会相互抵消。现在的状况是，平流 层臭氧层减少

12、呈不均匀减少趋势，这种变化的净效应如何，还有待科学研究 进一步证实。4四、保护臭氧层的对策1. 国际间反应自20世纪70年代提出臭氧层正在受到耗蚀的科学论点以来，联合国环 境规划署意识到，保护臭氧层应作为全球环境问题，需要全球合作行动，并 将此问题纳入议事日程，召开了多次国际会议，为制订全球性的保护公约和 合作行动作了大量的工作。21977年，通过了臭氧层行动世界计划，并成立“国际臭氧层协调 委员会” 1985年和1987年分别签署了保护臭氧层维也纳公约和消 耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书。议定书最初的控制时间表是分阶段地 减少特定氟利昂的生产和消费量。到20世纪末减至1986年水平的一半。 但

13、是，如果预测大气中包括破坏臭氧物质（有机氯化合物）、全氯浓度今后的 动态，则可知即使氟利昂的排放减半，破坏臭氧层物质依然会持续增加，它 们对臭氧层的威胁也会不断增加。因而，为了控制这种趋势，使大气臭氧层 的状态恢复到臭氧空洞出现之前的状态，必须全面禁止破坏臭氧层物质的 使用。因此，1990 年6月在伦敦召开的蒙特利尔议定书缔约国会议上，对原 议定书进行了大幅度强化控制的修改，提出到2000年要全面禁止特定氟利 昂的使用。同时将四氯化碳和三氯乙烷增列为新的破坏臭氧层物质，提出这 些物质也要在2000年2005年之间全面禁止使用。另一方面，由于分子内 部含有氢的同类物质（HCFC）在对流层中的寿命

14、比较短，只有很少部分能够 到达平流层，所以作为“替代氟利昂”进行替代品开发。但对这些物质，也 应当限制其向大气的排放，故决定从1996年开始冻结和阶段性削减生产， 直至2020年基本取消，代之以对臭氧层完全无害的物质。鉴于全世纪对环 境保护的日益重视，1995 年在维也纳公约签署的10周年之际，150多个国家 参加的维也纳臭氧层国际会议规定，将发达国家全面停止使用CFC的期限 提前到2000年；发展中国家则在2016年冻结使用，2040 年淘汰。我国积极 参与了国际保护臭氧层合作，并制订了中国逐步淘汰消耗臭氧层物质国家 方案2. CFC s替代品的研制冷媒、喷雾推进剂、发泡剂为现代生活的必需品

15、，仍需持续的使用，因 此，找寻CFCs的替代品是当务之急。目前已有使用丁烷、液化石油气和异 丙醇等取代CFCs作为喷雾推进剂，也发展出CFC123和CFC134a等对臭氧层 破坏轻微的化合物，取代CFC11和CFC12作为冷媒和发泡剂等用途。电子产 品的清洗溶剂，也改用各种水溶液代替；目前被大量使用于取代CFCs及哈 龙的替代品HFCs（氢氟碳化物）等物质，曾被指出对地球温暖化有推波助澜 的作用，会造成光化学烟雾，使对流层臭氧量增加，有关HFCs的使用仍待审 慎观测及评估。现在许多氯氟烃代用品已在销售或正在调研，但尚无每一方 面都理想的代用制冷剂。一些试验品在一段时间内还不会有商业性销售， 尤

16、其因为安全方面的考虑还必须对毒性和可燃性进行严格测试，而且环境 效应的可靠数值需要很多年才能查明。国家环保总局的朱云女士介绍说， 对汽车空调来讲，目前最合适的CFC 12代用品是HFC 134a，但后者的制 冷效率要比前者降低15%20%。已3 积极开展保护臭氧层宣传教育工作每年的9月16日为国际臭氧日，议定书各缔约方在促进经济与社会发 展的同时，已逐渐重视臭氧层的保护，不断开展必要的宣传活动，进一步引 起社会与民众对保护臭氧层的重视，不使用危害臭氧层的物质，同时鼓励推 广对环境和人类健康无害的替代物质。3五. 思考与感悟作为当代大学生我们应牢记教训，认清地球的涵育和容忍能力并不是 无限的，稍

17、不慎的生产与制造，都可能导致地球上的生命面临危机。保护臭 氧层虽然困难重重，但在各国政府的高度重视和有关人员的努力工作下，已 经迈出了实质性的步伐，但是光有这些还不够，同时还需要我们每一个人都 参与到保护臭氧层的工作中。这样，令人恐怖的臭氧“空洞”终将在人类 的共同关注下永远消逝。参考文献:1 胡良民 阎卫阳 论臭氧层破坏与保护 河南大学环境与规划学院475001 中国地教学参考 2001 NO.52 吴香梅 浅谈臭氧层破坏的环境影响及控制对策 丽水师范专科学校 化学系，浙江丽水 323000)3 臭氧层破坏及其对人类危害 辽宁省卫生防疫站(沈阳n0050张利伯 成玉林中国公共卫生1993年第

18、9卷第10期4 臭氧层的破坏及其影响 李莉(河北理工学院轻工分院河北唐山肠3002 河北理工学院学报(社会科学版) 大气臭氧化学研究进展 贾 龙1葛茂发2 徐永福3 杜 林2庄国 顺1王殿勋2(1.北京师范大学大气环境研究中心 北京1008752 中国科学院化 学研究所北京分子科学国家实验室 北京1000803中国科学院大气物理研究所大气边界层物理和大气化学国家重点实验室 北京100029) 氯氟烷烃清洗剂对臭氧层的破坏 朱家淇 718厂高级工程师 制造 工艺7 CH2X(X=H,F,CI)与臭 氧反应机理的量子化 学研究 李来才 邹勤田安民 化 学学报2003年第61卷 第10期,152415278 氯氟烷烃与温室效应_冯元恭 上海环境化学9 对流层中的氯氟烷烃_范保安 有机氯工业