臭氧層破壞原因危害及其防治對策

1、環(huán)境化學(xué)學(xué)習(xí)與思考論文標(biāo) 題：臭氧層破壞原因、危害及其防治對策專 業(yè)： 應(yīng)用化學(xué)班 級： 1201班學(xué) 號： 姓 名： 徐永忠指導(dǎo)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(huán)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(guī)律,在平流層內(nèi)便形成了臭氧的聚集區(qū)。大氣中的臭氧除了具有隨高度分布的規(guī)律外,而且還隨緯度和季節(jié)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(huán)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(jié)構(gòu),從而對大氣環(huán)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(xiàn)狀由于臭氧有其特殊的性質(zhì),并易受各種因素的影響,所以臭氧層又是十分脆弱的。衛(wèi)星觀測資料表明,自20世紀(jì)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(xiàn)了“南極臭氧洞”。自198

4、5年發(fā)現(xiàn)“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(xiàn)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(wèi)星上的探測器發(fā)回的數(shù)據(jù)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(dāng)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(guān)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(guān)的化學(xué)成分的移動、輸送都將對臭氧的光化學(xué)平衡產(chǎn)生影響,從而影響臭氧的濃度和分布。而化學(xué)反應(yīng)物的引入,則將直接地參與反應(yīng)而對臭氧濃度產(chǎn)生更大的影響。人類活動的影響,主要表現(xiàn)為對消耗臭氧層物質(zhì)的生產(chǎn)、消費和排放方面。大氣中的臭氧可以與許多物質(zhì)起反應(yīng)而被消耗和破壞。在所有與臭氧起反應(yīng)的物質(zhì)中,最簡單而又最活潑的是含碳、氫、氯和氮幾種元素的化學(xué)物質(zhì),如氧化亞氮(N2O)、水蒸汽(H2O)、四氯化碳(CCl4)、甲烷(CH4)和現(xiàn)在最受重視的氯氟烴(CFC)等。這些物質(zhì)在低層大氣層正常情況下是穩(wěn)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(zhì)。這種反應(yīng)消耗

6、掉平流層中的臭氧,打破了臭氧的平衡,導(dǎo)致地面紫外線輻射的增加,從而給地球生態(tài)和人類帶來一系列問題11.臭氧的平衡在自然狀態(tài)下,大氣層中的臭氧是處于動態(tài)平衡狀態(tài)的,當(dāng)大氣層中沒有其它化學(xué)物質(zhì)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(xué)物質(zhì),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(yīng)而破壞臭氧。這類物質(zhì)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(dǎo)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(jié)所在。92.氯氟烷烴與臭氧層 氯氟烷烴是一類化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的人工源物質(zhì),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(chǎn)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(chǎn)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(yīng)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(zhì)為“特定氟里昂”,它們主要用作致冷劑、發(fā)泡劑、清洗劑等。

8、其產(chǎn)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(chǎn)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(qū)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(yīng)可能起重要作用:BrO+ClO Br·+Cl·+O2Br·+O3 BrO+O2Cl·+O3 ClO+O2整個反應(yīng)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(qū)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(xué)性質(zhì)穩(wěn)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(yīng)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(nèi)障患者將會增加。據(jù)統(tǒng)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(jié)果是皮膚病的發(fā)

10、病率將提高2%4%?，F(xiàn)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(fā)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(yīng)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(fā)現(xiàn)其中2/3產(chǎn)生了反應(yīng)。敏感的物種如棉花、豌豆、大豆、甜瓜和卷心菜,都發(fā)現(xiàn)生長緩慢,有些花粉不能萌發(fā)。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(diào)節(jié)具有兩種相反的效應(yīng):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(yīng)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(yīng)可以互相抵消,但是如果平流層的不同區(qū)域的臭氧層濃度降低不一致,兩種效應(yīng)就不會相互抵消。現(xiàn)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(yīng)如何,還有待科學(xué)研究進一步證實。4四、保護臭氧層的對策1.國際間反應(yīng)自20世紀(jì)70年代提出臭氧層正在受到耗蝕的科學(xué)論點以

12、來,聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署意識到,保護臭氧層應(yīng)作為全球環(huán)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(xié)調(diào)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(zhì)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(chǎn)和消費量。到20世紀(jì)末減至1986年水平的一半。但是,如果預(yù)測大氣中包括破壞臭氧物質(zhì)(有機氯化合物)、全氯濃度今后的動態(tài),則可知即使氟利昂的排放減半,破壞臭氧層物質(zhì)依然會持續(xù)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(tài)恢復(fù)到臭氧空洞出現(xiàn)之前的狀態(tài),必須全面禁止破壞臭氧層物質(zhì)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(zhì),提出這些物質(zhì)也要在2000年2005年之間全面禁止使用。另一方面,由于分子內(nèi)部含有氫的同類物質(zhì)(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(fā)。但對這些物質(zhì),也應(yīng)當(dāng)限制其向大氣的排放,故決定從1996年開始凍結(jié)和階段性削減生產(chǎn),直至2020年基本取消,代之以對

14、臭氧層完全無害的物質(zhì)。鑒于全世紀(jì)對環(huán)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(guī)定,將發(fā)達國家全面停止使用CFC的期限提前到2000年;發(fā)展中國家則在2016年凍結(jié)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(zhì)國家方案2.CFCs替代品的研制冷媒、噴霧推進劑、發(fā)泡劑為現(xiàn)代生活的必需品,仍需持續(xù)的使用,因此,找尋CFCs的替代品是當(dāng)務(wù)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(fā)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(fā)泡劑等用途。電子產(chǎn)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(zhì),曾被指出對地球溫暖化有推波助瀾的作用,會造成光化學(xué)煙霧,使對流層臭氧量增加,有關(guān)HFCs的使用仍待審慎觀測及評估?，F(xiàn)在許多氯氟烴代用品已在銷售或正在調(diào)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(nèi)還不會有商業(yè)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(huán)境效應(yīng)的可靠數(shù)值需要很多年才能查明。國家環(huán)?？偩值闹煸婆拷榻B說,對汽車空調(diào)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(jīng)濟與社會發(fā)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(zhì),同時鼓勵推廣對環(huán)境和人類健康無害的替代物質(zhì)。3五思考與感悟作為當(dāng)代大學(xué)生我們應(yīng)牢記教訓(xùn),認清地球的涵育和容忍能力并不是無限的,稍不慎的生產(chǎn)與制造,都可能導(dǎo)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(guān)人員的努力工作下,已經(jīng)邁出了實質(zhì)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(guān)注下永遠消逝。參考文獻：1 胡良民閻衛(wèi)陽 論臭氧層破壞與保護 河南大學(xué)環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院475001 中國地教學(xué)參考 2001 NO.52吳香梅 淺談臭氧層破壞的環(huán)境影響及控制對策 麗水師范?？茖W(xué)?；瘜W(xué)系,浙江麗水323000)3臭氧層破壞及其對人類危害 遼寧省衛(wèi)生防疫站(沈陽n0050 張利伯 成玉林 中國公共衛(wèi)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(xué)院輕工分院河北唐山腸3002 河北理工學(xué)院學(xué)報(社會科學(xué)版) 5大氣臭氧化學(xué)研究進展 賈龍1