臭氧层的产生臭氧层和大气层的关系

臭氧层的产生臭氧层和大气层的关系
臭氧层的产生
臭氧层和大气层的关系

臭氧层的产生臭氧层和大气层的关系
臭氧层的形成 大气层中臭氧的产生
O2 + hν→ 2O
O2 + O → O3
在数亿年以前,地球上的大气中没有臭氧层,地球的表面受到来自太阳的紫外线强烈照射,地面上没有生物存在,仅有少数生物生存在水中,因为水能吸收紫外线,水中绿色植物不断地吸收大气中的二氧化碳,释放出氧气,扩散到空气中,而其中一部分的氧气在大气层的上层,受到紫外线的作用,依右上表里所示的反应式,氧气变成了臭氧而产生了臭氧层.
臭氧层对地球上的生命相当重要,因它能滤除紫外线,地球上生物才能登上陆地,展开另一种灿烂多姿的地表生活.
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大气层构造
大气层由地表向外,可区分为对流层(0~20km)、平流层(20~50km)、中间层(50~100km)、电离层(100~l000km)和磁气层(1000km以上)等五个气层,其中气体的99.9%集中於50k处,此部分的大气厚度若与地球直径相比较,即可看出这个气层是非常薄的.大部分的臭氧则聚集於平流层中,吸收来自太阳的紫外线能量,致使平流层中高度愈高,温度愈高,所以平流层不会有垂直方向的扩散,而只有水平方向的流动.
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臭氧层的功能及破坏
地球上的生物能在陆地上生活,是因为集中在平流层中的臭氧,对於阳光中的紫外线具有隔除的作用,如果没有臭氧层的话,进入大气层的紫外线很容易被细胞核吸收,破坏生物的遗传物质DNA,陆地上的生物便无法存在了、而保护所有生物的臭氧层,目前正受到人类持续不断
的破坏.据科学研究,臭氧减少10%.紫外线可能增加20%,同时皮肤癌患者可能增加30%,此外还会产生下列几种现象:
(1)白内障罹患率增加.
(2)免疫系统受到抑制.
(3)谷物的收成且减少,品质降低.植物和浮游生物减少,
破坏自然界的生物链.
(4)塑胶、橡胶制品加速老化.
(5)紫外线直射会引起对流层臭氧二增加,致使产生光化学
烟雾,造成空气污染.
大气中的臭氧含量仅一亿分之一,但在离地面20至30公里的平流层中,存在着臭氧层,其中臭氧的含量占这一高度空气总量的十万分之一.臭氧层的臭氧含量虽然极其微少,却具有非常强烈的吸收紫外线的功能,可以吸收太阳光紫外线中对生物有害的部分（UV－B）.由于臭氧层有效地挡住了来自太阳紫外线的侵袭,才使得人类和地球上各种生命能够存在、繁衍和发展.
1985年,英国科学家观测到南极上空出现臭氧层空洞,并证实其同氟利昂（CFCs）分解产生的氯原子有直接关系.这一消息震惊了全世界.到“1994年,南极上空的臭氧层破坏面积已达2400万平方公里,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％.科学家警告说,地球上臭氧层被破坏的程度远比一般人想象的要严重得多.
氟利昂等消耗臭氧物质是臭氧层破坏的元凶,氟利昂是本世纪20年代合成的,其化学性质稳定,不具有可燃性和毒性,被当作制冷剂、发泡剂和清洗剂,广泛用于家用电器、泡沫塑料、日用化学品、汽车、消防器材等领域.80年代后期,氟利昂的生产达到了高峰,产量达到了144万吨.在对氟利昂实行控制之前,全世界向大气中排放的氟利昂已达到了2000万吨.由于它们在大气中的平均寿命达数百年,所以排放的大部分仍留在大气层中,其中大部分仍然停留在对流层,一小部分升入平流层.在对流层相当稳定的氟利昂,在上升进入平流层后,在一定的气象条件下,会在强烈紫外线的作用下被分解,分解释放出的氯原子同臭氧会发生连锁反应,不断破坏臭氧分子.科学家估计一个氯原子可以破坏数万个臭氧分子.
氟利昂等消耗臭氧物质是臭氧层破坏的元凶,氟利昂是本世纪20年代合成的,其化学性质稳定,不具有可燃性和毒性,被当作制冷剂、发泡剂和清洗剂,广泛用于家用电器、泡沫塑料、日用化学品、汽车、消防器材等领域.80年代后期,氟利昂的生产达到了高峰,产量达到了144万吨.在对氟利昂实行控制之前,全世界向大气中排放的氟利昂已达到了2000万吨.由于它们在大气中的平均寿命达数百年,所以排放的大部分仍留在大气层中,其中大部分仍然停留在对流层,一小部分升入平流层.在对流层相当稳定的氟利昂,在上升进入平流层后,在一定的气象条件下,会在强烈紫外线的作用下被分解,分解释放出的氯原子同臭氧会发生连锁反应,不断破坏臭氧分子.科学家估计一个氯原子可以破坏数万个臭氧分子.
控制臭氧层破坏的途径和政策
在现代经济中,氟利昂等物质应用非常广泛,要全面淘汰,必须首先找到氟利昂等的替代物质和替代技术.在特殊情况下需要使用,也应努力回收,尽可能重新利用.目前,世界上一些氟利昂的主要生产厂家参与开发研究了替代氟利昂的含氟替代物（含氢氯氟烃HCFC和含氢氟烷烃HCF等）及其合成方法,有可能用作发泡剂、制冷剂和清洗溶剂等,但这类替代物也损害臭氧层或产生温室效应.同时,也在开发研究非氟利昂类型的替代物质和方法,如水清洗技术、氨制冷技术等.
为了推动氟利昂替代物质和技术的开发和使用,逐步淘汰消耗臭氧层物质,许多国家采取了一系列政策措施,一类是传统的环境管制措施,如禁用、限制、配额和技术标准,井对违反规定实施严厉处罚.欧盟国家和一些经济转轨国家广泛采用了这类措施.一类是经济手段,如征收税费,资助替代物质和技术开发等.美国对生产和使用消耗臭氧层物质实行了征税和可交易许可证等措施.另外,许多国家的政府、企业和民间团体还发起了自愿行动,采用各种环境标志,鼓励生产者和消费者生产和使用不带有消耗臭氧层物质的材料和产品,其中绿色冰箱标志得到了非常广泛的应用.
1985年,在联合国环境规划署的推动下,制定了保护臭氧层的《维也纳公约》.1987年,联合国环境规划署组织制定了《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》,对8种破坏臭氧层的物质（简称受控物质）提出了削减使用的时间要求.这项议定书得到了163个国家的批准.1990年、1992年和1995年,在伦敦、哥本哈根、维也纳召开的议定书缔约国会议上,对议定书又分别作了3次修改,扩大了受控物质的范围,现包括氟利昂（也称氟氯化碳CFC）、哈伦（CFCB）、四氯化碳（CCL4）、甲基氯仿（CH3CCl3）、氟氯烃（HCFC）和甲基溴（CH3Br）等,并提前了停止使用的时间.根据修改后的议定书的规定,发达国家到1994年1月停止使用哈伦,1996年1月停止使用氟利昂、四氯化碳、甲基氯仿；发展中国家到2010年全部停止使用氟利昂、哈伦、四氯化碳、甲基氯仿.中国于1992年加入了《蒙特利尔议定书》.
为了实施议定书的规定,1990年6月在伦敦召开的议定书缔约国第二次会议上,决定设立多边基金,对发展中国家淘汰有关物质提供资金援助和技术支持.1991年建立了临时多边基金,1994州年转为正式多边基金.到1995年底,多边基金共集资4.5亿美元,在发展中国家共安排了1100多个项目.
到1995年,经济发达国家已经停止使用大部分受控物质,但经济转轨国家没有按议定书要求削减受控物质的使用量.发展中国家按规定到2010年停止使用,受控物质使用量目前仍处于增长阶段.中国由于经济持续高速增长,家用电器、泡沫塑料、日用化学品、汽车、消防器材等产品都大幅度增长,受控物质使用量比1986年增长了一倍以上,成为世界上使用受控物质最多的国家之一.
从各项国际环境条约执行情况而言,这项议定书执行的是最好的.目前,向大气层排放的消耗臭氧屋物质已经逐年减少,从1994年起,对流层中消耗臭氧层物质浓度开始下降.预计到2000年,平流层中消耗臭氧层物质的浓度将达到最大限度,然后开始下降.但是,由于氟利昂相当稳定,可以存在50至100年,即使议定书完全得到履行,臭氧层的耗损也只能在2050年以后才有可能完全复原.另据1998年6月世界气象组织发表的研究报告和联合国环境规划署作出的预测,大约再过20年,人类才能看到臭氧层恢复的最初迹象,只有到21世纪中期臭氧层浓度才能达到本世纪60年代的水平.
臭氧在1849年首次被人类发现,臭氧层问题是美国化学家罗兰和穆连于1974年首先提出来的.他们认为,在对流层大气中极稳定的化学物质氯氟烃（CFC）被输送到平流层后,在那里分解产生的原子氯（CI）就将有可能破坏臭氧层.20世纪70年代末开始,科学家们开始每年春天在南极考察臭氧层.1994年,人们首次观察到了至今为止最大的臭氧空洞,它的面积相当于一个欧洲,有24O0万千万千米.
臭氧（03）是氧气（O2）的一种异构体,在大气中的含量仅占一亿分之一,其浓度因海拔高度而异.臭氧层可以说是地球的保护层,它主要围绕在地球外部离地面20—25公里高度的地方,起到吸收太阳紫外线中对生物有害部分UV－B（UV－B是紫外线的一段波长,为280—315nm）的作用.同时,由于紫外线是平流层的热能来源,臭氧分子是平流层大气的重要组成部分,所以臭氧层在平流层的垂直分布对平流层的温度结构和大气运动起着决定性的作用,发挥着调节气候的重要功能.南极上空的臭氧层是在20亿年的漫长岁月中形成的,可是仅在一个世纪里就被破坏了60％.
氟利昂作为氯氟烃物质中的一类,是一种化学性质非常稳定,且极难被分解、不可燃、无毒的物质,被广泛应用于现代生活的各个领域.清洁溶剂、制冷剂、保温材料、喷雾剂、发泡剂等中都使用了氟利昂.氟利昂在使用中被排放到大气后,其稳定性决定它将长时间滞留于此达数十年至100年.由于氟利昂不能在对流层中自然消除,只能缓慢地从对流层流向平流层,在那里被强烈的紫外线照射后分解.分解后产生的原子氯将会破坏臭氧层.研宪表明,臭氧层被破坏后,紫外线会通过大气层长驱直入.强烈的紫外线照射会抑制人的免疫力,会使白内障和皮肤癌患者增加.如果臭氧层的总量减少1％的话, UV-B就将增加2％,其结果是使皮肤癌发病率提高2－4％.此外,紫外线的增强还会影响农作物的生长,并通过对海洋中的藻类产生的影响破坏整个水生生态系统.据统计,目前全世界氟利昂的年使用量超过1O0万吨,迄今为止向大气中排放的氟利昂总量达2000万吨,大部分仍停留在对流层中,只有10％左右到达了平流层.
目前,最早使用CFC的24个发达国家已于1985年和1987年分别签署了限制使用CFC的《维也纳公约》和《蒙特利尔议定书》.1993年2月,中国政府批准了忡国消耗臭氧层物质逐步淘汰方案》,确定在2010年完全淘汰消耗臭氧层物质.
1995年1月23日,联合国大会通过决议,为纪念1987年9月16日签署的《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》,把每年的9月16日定为“国际保护臭氧层日”.
摘抄自自然之友编《20世纪环境警示录》