1、環境化學學習與思考論文標 題：臭氧層破壞原因、危害及其防治對策專 業： 應用化學班 級： 1201班學 號： 姓 名： 徐永忠指導老師：胡先文湖北·武漢二一四年十一月臭氧層破壞原因、危害及其防治對策摘要：臭氧層是指距離地表1550km處臭氧分子相對富集的大氣平流層.它能吸收99%以上對人類有害的太陽紫外線,保護地球上的生命免遭短波紫外線的傷害.因此,臭氧層被譽為地球上生物生存繁衍的保護傘.然而,近20多年來,地球上的臭氧層正在遭到破壞.目前,如何防止臭氧層遭破壞已成為人類面臨的全球性環境問題之一.引言：臭氧層是大氣中臭氧相對集中的層面,一般是指10千米50千米高度之間的大氣層,因受太

2、陽紫外線的光化作用,其臭氧含量的百分率比較高,尤其是在20千米25千米的高度處。由于太陽輻射的紫外線和大氣中的氧氣、氧原子的含量有隨大氣高度增減而變化的規律,在平流層內便形成了臭氧的聚集區。大氣中的臭氧除了具有隨高度分布的規律外,而且還隨緯度和季節的不同以及晝夜交替而變化。在臭氧層里,其實臭氧的濃度是很稀的,即使在濃度最大處,所含臭氧量也不過大約10ppm。若將大氣臭氧總量訂正到海平面上,它只有0.15厘米0.45厘米(平均為0.3厘米)的厚度。大氣中的臭氧的含量雖然很少,但是它在地球環境中所起的作用卻非常重要。第一,它是地球生物的保護傘。因為臭氧層阻擋了太陽輻射中的大部分紫外線,使地面生物免

3、受紫外線的傷害,而少量穿透大氣層到達地面的紫外線對人類和生物則是有益的。第二,它是引起氣候變化的重要因素。臭氧對太陽紫外線輻射的吸收是平流層的主要熱源,平流層臭氧濃度及其隨高度的分布直接影響平流層的溫度結構,從而對大氣環流和地球氣候的形成起著重要作用,因此,平流層臭氧濃度的變化是大氣的重要擾動因子。一、臭氧層破壞的現狀由于臭氧有其特殊的性質,并易受各種因素的影響,所以臭氧層又是十分脆弱的。衛星觀測資料表明,自20世紀70年代以來,全球臭氧總量明顯減少,1979年1990年,全球臭氧總量大致下降了3%。南極附近臭氧量減少尤為嚴重,大約低于全球臭氧平均值30%40%,出現了“南極臭氧洞”。自198

4、5年發現“臭氧洞”以來,到1987年它變得既寬又深,1988年雖然有所緩解,但1989年以后到90年代的前幾年里,每年南半球春季都出現很強的“臭洞”,1994年到1996年南極臭氧洞還在擴大。最近,從安裝在俄羅斯和美國衛星上的探測器發回的數據獲悉,“南極臭氧洞”面積已達2400平方千米,最薄處只有100多布森單位(100dobson,相當于1毫米厚度)。以上情況表明,臭氧層這個地球生命的保護傘,正在遭到嚴重的破壞,研究其原因和機制并提出切實可行的保護措施,已成為全世界共同面臨的重大問題。5二、臭氧層破壞的原因關于臭氧層變化及破壞的原因,一般認為,太陽活動引起的太陽輻射強度變化,大氣運動引起的大

5、氣溫度場和壓力場的變化以及與臭氧生成有關的化學成分的移動、輸送都將對臭氧的光化學平衡產生影響,從而影響臭氧的濃度和分布。而化學反應物的引入,則將直接地參與反應而對臭氧濃度產生更大的影響。人類活動的影響,主要表現為對消耗臭氧層物質的生產、消費和排放方面。大氣中的臭氧可以與許多物質起反應而被消耗和破壞。在所有與臭氧起反應的物質中,最簡單而又最活潑的是含碳、氫、氯和氮幾種元素的化學物質,如氧化亞氮(N2O)、水蒸汽(H2O)、四氯化碳(CCl4)、甲烷(CH4)和現在最受重視的氯氟烴(CFC)等。這些物質在低層大氣層正常情況下是穩定的,但在平流層受紫外線照射活化后,就變成了臭氧消耗物質。這種反應消耗

6、掉平流層中的臭氧,打破了臭氧的平衡,導致地面紫外線輻射的增加,從而給地球生態和人類帶來一系列問題11.臭氧的平衡在自然狀態下,大氣層中的臭氧是處于動態平衡狀態的,當大氣層中沒有其它化學物質存在時,臭氧的形成和破壞速度幾乎是相同的。然而大氣中有一些氣體,例如亞硝酸、甲基氧、甲烷、四氯化碳,以及同時含有氯與氟(或溴)的化學物質,如CFC和哈龍等,它們能長期滯留在大氣層中,并最終從對流層進入平流層,在紫外線輻射下,形成含氟、氯、氮、氫、溴的活性基因,劇烈地與臭氧起反應而破壞臭氧。這類物質進入平流層的量雖然很少,但因起催化劑作用,自身消耗甚少,而對臭氧的破壞作用十分嚴重,導致臭氧平衡的打破,濃度下降,

7、這就是目前臭氧問題的癥結所在。92.氯氟烷烴與臭氧層 氯氟烷烴是一類化學性質穩定的人工源物質,在大氣對流層中不易分解,壽命可長達幾十年甚至上百年。但它進入平流層后,受到強烈的紫外線照射,就會分解產生氯游離基Cl·,氯游離基與臭氧分子O3作用生成氧化氯游離基。ClO·和氧分子O2消耗掉臭氧進而氧化氮游離基再與臭氧分子作用生成氯游離基,如此,氯游離基不斷產生,又不斷與臭氧分子作用,使一個CFC分子可以消耗掉成千上萬個臭氧分子。6其主要反應式如下(以CFC-11為例7):作為臭氧層破壞元兇而被人們高度重視的CFC,有5種物質為“特定氟里昂”,它們主要用作致冷劑、發泡劑、清洗劑等。

8、其產品一直在增加,直到知道利用CFC作氣溶膠的潛在危險后才開始下降,通過實施控制措施,特定氟里昂的生產量由1986年的113萬噸減少為1991年的68萬噸,削弱了40%。83.溴化物與臭氧層世界氣象組織認為,溴比氯對整個平流層中臭氧的催化破壞作用可能更大。南極地區臭氧的減少至少有2%是溴的作用所致。有人指出,在對極地臭氧的破壞中,BrO與ClO反應可能起重要作用:BrO+ClO Br·+Cl·+O2Br·+O3 BrO+O2Cl·+O3 ClO+O2整個反應使2O3 3O2。對極地平流層的BrO和ClO的觀察支持這種觀點,并由此認為南極地區臭氧破壞的20

9、%30%是由溴引起的,而且認為,溴對北半球臭氧的破壞可能更加嚴重。所以溴化物的量雖少,作用卻不可低估。4.氮氧化物與臭氧層 氮氧化物系列中的N2O(氧化亞氮),化學性質穩定,至今還不清楚它對生物的直接影響,因而還未列為大氣污染物。但是,N2O同氯氟烴一樣能破壞平流層臭氧,同二氧化碳一樣,也是一種溫室氣體,并且其單個分子的溫室效應能力是CO2分子的100倍。三、臭氧層破壞的影響1.臭氧層破壞對人類健康的影響由于臭氧層的破壞,太陽紫外線中以往極少能到達地面的短波紫外線也將增加,使得皮膚病和白內障患者將會增加。據統計,臭氧層減少1%可使有害的波長為280320納米的紫外線增加2%,其結果是皮膚病的發

10、病率將提高2%4%。現在,距南極洲較近的居民已飽嘗臭氧層空洞帶來的痛苦,如居住在智利南端的海倫娜岬角的居民,只要走出家門,就一定要在衣服遮不住的膚面涂上防曬油,再戴上太陽鏡,否則半小時后皮膚就被曬成鮮艷的粉紅色,并伴有搔癢病。22.臭氧層破壞對生物的影響 雖然植物已發展了對抗UV-8高水平的保護性機制,但實驗研究表明,它們對波長為280320納米水平增加的應變能力差異甚大。迄今為止,已對200多種不同的植物進行了波長為280320納米的紫外線敏感性試驗,發現其中2/3產生了反應。敏感的物種如棉花、豌豆、大豆、甜瓜和卷心菜,都發現生長緩慢,有些花粉不能萌發。它能損傷植物激素和葉綠素,從而使光合作

11、用降低。33. 臭氧層破壞對全球氣候的影響 平流層中臭氧對氣候調節具有兩種相反的效應:如果平流層中臭氧濃度降低,在這里吸收掉的紫外線輻射就會相應減少,平流層自身會變冷,這樣釋放出的紅外輻射就會減少,因之會使地球變冷。另一方面,因輻射到地面的紫外線輻射量增加,會使地球增溫變暖。如果整個平流層中臭氧濃度的減少是均勻的,則上述兩種效應可以互相抵消,但是如果平流層的不同區域的臭氧層濃度降低不一致,兩種效應就不會相互抵消。現在的狀況是,平流層臭氧層減少呈不均勻減少趨勢,這種變化的凈效應如何,還有待科學研究進一步證實。4四、保護臭氧層的對策1.國際間反應自20世紀70年代提出臭氧層正在受到耗蝕的科學論點以

12、來,聯合國環境規劃署意識到,保護臭氧層應作為全球環境問題,需要全球合作行動,并將此問題納入議事日程,召開了多次國際會議,為制訂全球性的保護公約和合作行動作了大量的工作。21977年,通過了臭氧層行動世界計劃,并成立“國際臭氧層協調委員會” 1985年和1987年分別簽署了保護臭氧層維也納公約和消耗臭氧層物質的蒙特利爾議定書。議定書最初的控制時間表是分階段地減少特定氟利昂的生產和消費量。到20世紀末減至1986年水平的一半。但是,如果預測大氣中包括破壞臭氧物質(有機氯化合物)、全氯濃度今后的動態,則可知即使氟利昂的排放減半,破壞臭氧層物質依然會持續增加,它們對臭氧層的威脅也會不斷增加。因而,為了

13、控制這種趨勢,使大氣臭氧層的狀態恢復到臭氧空洞出現之前的狀態,必須全面禁止破壞臭氧層物質的使用。因此,1990年6月在倫敦召開的蒙特利爾議定書締約國會議上,對原議定書進行了大幅度強化控制的修改,提出到2000年要全面禁止特定氟利昂的使用。同時將四氯化碳和三氯乙烷增列為新的破壞臭氧層物質,提出這些物質也要在2000年2005年之間全面禁止使用。另一方面,由于分子內部含有氫的同類物質(HCFC)在對流層中的壽命比較短,只有很少部分能夠到達平流層,所以作為“替代氟利昂”進行替代品開發。但對這些物質,也應當限制其向大氣的排放,故決定從1996年開始凍結和階段性削減生產,直至2020年基本取消,代之以對

14、臭氧層完全無害的物質。鑒于全世紀對環境保護的日益重視,1995年在維也納公約簽署的10周年之際,150多個國家參加的維也納臭氧層國際會議規定,將發達國家全面停止使用CFC的期限提前到2000年;發展中國家則在2016年凍結使用,2040年淘汰。我國積極參與了國際保護臭氧層合作,并制訂了中國逐步淘汰消耗臭氧層物質國家方案2.CFCs替代品的研制冷媒、噴霧推進劑、發泡劑為現代生活的必需品,仍需持續的使用,因此,找尋CFCs的替代品是當務之急。目前已有使用丁烷、液化石油氣和異丙醇等取代CFCs作為噴霧推進劑,也發展出CFC123和CFC134a等對臭氧層破壞輕微的化合物,取代CFC11和CFC12作

15、為冷媒和發泡劑等用途。電子產品的清洗溶劑,也改用各種水溶液代替;目前被大量使用于取代CFCs及哈龍的替代品HFCs(氫氟碳化物)等物質,曾被指出對地球溫暖化有推波助瀾的作用,會造成光化學煙霧,使對流層臭氧量增加,有關HFCs的使用仍待審慎觀測及評估?，F在許多氯氟烴代用品已在銷售或正在調研,但尚無每一方面都理想的代用制冷劑。一些試驗品在一段時間內還不會有商業性銷售,尤其因為安全方面的考慮還必須對毒性和可燃性進行嚴格測試,而且環境效應的可靠數值需要很多年才能查明。國家環保總局的朱云女士介紹說,對汽車空調來講,目前最合適的CFC12代用品是HFC134a,但后者的制冷效率要比前者降低15%20%。2

16、3積極開展保護臭氧層宣傳教育工作每年的9月16日為國際臭氧日,議定書各締約方在促進經濟與社會發展的同時,已逐漸重視臭氧層的保護,不斷開展必要的宣傳活動,進一步引起社會與民眾對保護臭氧層的重視,不使用危害臭氧層的物質,同時鼓勵推廣對環境和人類健康無害的替代物質。3五思考與感悟作為當代大學生我們應牢記教訓,認清地球的涵育和容忍能力并不是無限的,稍不慎的生產與制造,都可能導致地球上的生命面臨危機。保護臭氧層雖然困難重重,但在各國政府的高度重視和有關人員的努力工作下,已經邁出了實質性的步伐,但是光有這些還不夠，同時還需要我們每一個人都參與到保護臭氧層的工作中。這樣，令人恐怖的臭氧“空洞”終將在人類的共同關注下永遠消逝。參考文獻：1 胡良民閻衛陽 論臭氧層破壞與保護 河南大學環境與規劃學院475001 中國地教學參考 2001 NO.52吳香梅 淺談臭氧層破壞的環境影響及控制對策 麗水師范專科學?；瘜W系,浙江麗水323000)3臭氧層破壞及其對人類危害 遼寧省衛生防疫站(沈陽n0050 張利伯 成玉林 中國公共衛生1993年第9卷第10期4臭氧層的破壞及其影響 李莉 (河北理工學院輕工分院河北唐山腸3002 河北理工學院學報(社會科學版) 5大氣臭氧化學研究進展 賈龍1