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1、臭氧层破坏邵忠08英本3 08307613321摘要：臭氧层是地球的天然屏障，人类不能失去它。当发现人工合成化学物质氟氯碳和哈龙是破坏臭氧层的罪魁祸首后，人类开始节制自己的行为。关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书，便是国际上一个有力的约束性公约。在21世纪，人类仍然面临着巨大的臭氧层空洞的威胁。南极的天破了！这听起来近乎戏言的一句话，却被科学家证实是真的。这一问题直接关系到生物圈的安危与人类的生存，需要全世界共同采取行动。关键词：臭氧层、辐射、CFCS、氟氯烃、紫外线、合作 1、臭氧层的作用大气臭氧层主要有三个作用。其一为保护作用，臭氧层能够吸收太阳光中的波长306.3m以 下的紫外线，主要是
2、一部分UVB(波长290300m)和全部的UVC(波长290m，保护地球上的人类和动植物免遭短波紫外线的伤害。只有长波紫外线UV-A和少量的中波紫外线UV-B能够辐射到地面，长波紫外线对生物细胞的 伤害要比中波紫外线轻微得多。所以臭氧层犹如一件保护伞保护地球上的生物得以生存繁衍 。其二为加热作用，臭氧吸收太阳光中的紫外线并将其转换为热能加热大气，由于这种作用 大气温度结构在高度50km左右有一个峰，地球上空1550km存在着升温层。正是由于存在着 臭氧才有平流层的存在。而地球以外的星球因不存在臭氧和氧气，所以也就不存在平流层。 大气的温度结构对于大气的循环具有重要的影响，这一现象的起因也来自臭
3、氧的高度分布。其三为 温室气体的作用，在对流层上部和平流层底部，即在气温很低的这一高度，臭氧的作用同样非常重要。如果这一高度的臭氧减少，则会产生使地面气温下降的动力。因此，臭氧的高度分布及变化是极其重要的。臭氧是无色气体，有特殊臭味，因此而得名“臭氧”。由太阳飞出的带电粒子进入大气层，使氧分子裂变成氧原子，而部分氧原子与氧分子重新结合成臭氧分子。距地面1550千米高度的大气平流层，集中了地球上约90的臭氧，这就是“臭氧层”。地球上的一切生物离开太阳光就没有生命。太阳光是由可见光、紫外线、红外线三部分组成。进入大气层的太阳光（包括紫外线）有55可穿过大气层照射到大地与海洋，其中40为可见光，它是
4、绿色植物光合作用的动力；5是波长100400纳米的紫外线，而紫外线又分为长波、中波、短波紫外线，长波紫外线能够杀菌。但是波长为200315纳米的中短波紫外线对人体和生物有害。当它穿过平流层时，绝大部分被臭氧层吸收。因此，臭氧层就成为地球一道天然屏障，使地球上的生命免遭强烈的紫外线伤害。然而，近10多年来，地球上的臭氧层正在遭到破坏。2、臭氧层变化与臭氧洞臭氧（O3）是氧的同素异形体，在大气中含量很少，但其浓度变化都会对人类健康和气候带来很大的影响。 臭氧存在于地面以上至少10km高度的地球大气层中，其浓度随海拔高度而异。 平流层中的臭氧吸收掉太阳放射出的大量对人类、动物及植物有害波长的紫外线辐
5、射（240329纳米，称为UV-B波长），为地球提供了一个防止紫外辐射有害效应的屏障。但另一方面，臭氧遍布整个对流层，却起着温室气体的不利作用。 在平流层中臭氧耗损，主要是通过动态迁移到对流层，在那里得到大部分具有活性催化作用的基质和载体分子，从而发生化学反应而被消耗掉。臭氧主要是与HOX、NOX、ClOX和BrOX中含有的活泼自由基发生同族气相反应。 1985年，英国科学家法尔曼(Farmen)等人首先提出，“南极臭氧洞”的问题。他们根据南极哈雷湾观测站(Halley Bay)的观测结果，发现从1957年以来，每年早春(南极10月份)南极臭氧浓度都会发生大规模的耗损，极地上空臭氧层的中心地带
6、，臭氧层浓度已极其稀薄，与周围相比像是形成了一个“洞”，直径达上千公里,“臭氧洞”就是因此而得名的。这一发现得到了许多其他国家的南极科学站观测结果的证实。卫星观测结果表明，臭氧洞在不断扩大，至1998年臭氧洞的覆盖面积已相当于三个澳大利亚。而且，南极臭氧洞持续的时间也在加长。这一切迹象表明，南极臭氧洞的损耗状况仍在恶化之中。臭氧层的损耗不只发生在南极，在北极上空和其它中纬度地区也都出现了不同程度的臭氧层损耗现象。只是与南极的臭氧破坏相比,北极的臭氧损耗程度要轻得多,而且持续时间相对较短。我国的科学工作者（中国气象科学院的周秀骥）也报道了在我国的青藏高原存在一个臭氧低值中心。中心出现于每年6月,
7、中心区臭氧总浓度年递减率达0.345%,这在北半球是非常异常的现象。 3、臭氧层破坏的原因 1.对于臭氧层破坏的原因，科学家们有多种见解。有的认为，这可能跟亚马逊河地区不断出现的森林火灾有关；有的认为，臭氧洞之所以出现在两极，是极地低温造成的，美国肯塔基大学的一个科学小组则认为，臭氧水平可能是随着太阳黑子活动的自然周期而变化的。但是，多数科学家则认为，人类过多使用氟氯烃（CFCS）类物质是臭氧层破坏的一个主要原因。 CFCS的形式决定了它们对臭氧层的危害程度。含H的CFCS比不含H的降解得快，对平流层臭氧威胁较小，而像C2H4F2(CFC152a)类不含氯溴的CFCS则对平流层臭氧威胁更小，甚
8、至不构成威胁。 BrOX和ClOX破坏臭氧的机理：能产生这两种自由基的化合物，主要是氟利昂和哈龙。氟利昂是含氟、氯饱和烃的总称。氟利昂应用广泛，主要用于制冷剂、气雾剂、发泡剂和清洁剂等。破坏臭氧的机理主要是氟利昂进入平流层后，在紫外照射下分解出Cl原子基，Cl再与O3发生链反应。 哈龙是一类含溴卤代甲、乙烷的商品名，主要用作灭火剂，破坏臭氧的机理与氟利昂相似，研究表明，进入平流层的哈龙比氟利昂更危险。华夏经纬网5月8日讯：据台湾媒体报道，台湾“中央研究院”今天发表重要成果，以精密分子束技术测量过氧化氯分子在阳光波长下的分解速率，证实氟氯碳化合物为臭氧层破坏主因，一举平息国际学术重大争议，登上“
9、科学”期刊。 2.据报道，“中研院”上午召开学术成果记者会，“中研院原子与分子科学研究所”与台“交通大学”应用化学系合聘的副研究员林志民率领的研究团队，发表了有关臭氧层破坏的突破性论文。林志民表示，人类使用冷媒等物质所排放的氟氯碳化合物进入大气后，会分解产生氯原子，氯原子会快速地摧毁臭氧，而形成氧气及氧化氯。在臭氧层中，两个氧化氯易结合形成过氧化氯。而过氧化氯分子会吸收阳光而分解，并再次产生氯原子。因此，只要有足够阳光，少量的氯原子就能破坏千百倍以上的臭氧分子。在这个过程中，过氧化氯分子的吸收截面积是关键，愈大的吸收截面积，代表光愈容易被吸收，氯原子产生的速率也愈快，结果会破坏愈多的臭氧。林志
10、民指出，2007年美国喷射推进实验室波普博士（Dr. F. D. Pope）等人所发表的过氧化氯分子吸收截面积，比先前学界接受的值小了近10倍，引起学术界的震撼。但林志民表示，实验室利用质谱侦测器量测分子束中过氧化氯分子的数量。论文数据显示，过氧化氯分子吸收截面积不仅远大于2007年波普等人的结果，而且比学界在2006年的评估认定值大。如果将数据带入现有的大气化学模型中，就可妥善解释臭氧洞的形成及大气中各相关物质如氧化氯与过氧化氯实测的浓度。“中研院”表示，论文再次证实人类活动所排放的氟氯碳化合物为臭氧层破坏的主因，而且过氧化氯分子破坏臭氧的效率较以往认知的更快。 4、臭氧层破坏的影响1.对人
11、类健康的影响。紫外线对促进在皮肤上合成维生素D，对骨组织的生成、保护均起有益作用。但紫外线（=200400nm）中的紫外线B（=280320nm）过量照射可以引起皮肤癌和免疫系统及白内障等眼的疾病。据估计平流层O3减少1（即紫外线B增加2），皮肤癌的发病率将增加46。按现在全世界每年大约有10万人死于皮肤癌计，死于皮肤癌的人每年大约要增加5千人。在长期受太阳照射地区的浅色皮肤人群中，50以上的皮肤病是阳光诱发的，即肤色浅的人比其他种族的人更容易患各种由阳光诱发的皮肤癌。此外，紫外线还会使皮肤过早老化。 2.对植物的影响。近10多年来，科学家对200多个品种的植物进行了增加紫外线照射的实验，发现
12、其中三分之二的植物显示出敏感性。试验中有90的植物是农作物品种，其中豌豆、大豆等豆类，南瓜等瓜类，西红柿以及白菜科等农作物对紫外线特别敏感（花生和小麦等植物有较好的抵御能力）。一般说来，秧苗比有营养机能的组织（如叶片）更敏感。紫外辐射会使植物叶片变小，因而减少捕获阳光进行光合作用的有效面积，生成率下降。对大豆的初步研究表明，紫外辐射会使其更易受杂草和病虫害的损害，产量降低。同时紫外线B可改变某些植物的再生能力及收获产物的质量，这种变化的长期生物学意义（尤其是遗传基因的变化）是相当深远的。 3.对水生系统的影响。紫外线B的增加，对水生系统也有潜在的危险。水生植物大多贴近水面生长，这些处于海洋生态
13、食物链最底部的小型浮游植物的光合作用最容易被削弱（约60），从而危及整个生态系统。增强的紫外线B还可通过消灭水中微生物而导致淡水生态系统发生变化，并因此而减弱了水体的自然净化作用。增强的紫外线B还可杀死幼鱼、小虾和蟹。研究表明，在O3量减少9的情况下，约有8的幼鱼死亡。 4.对其他方面的影响。过多的紫外线会加速塑料老化，增加城市光化学烟雾。另外，氟利昂、CH4、N2O等引起臭氧层破坏的痕量气体的增加，也会引起温室效应。 5、保护臭氧层的对策 我们已经知道，氟氯烃类物质造成臭氧层的破坏最大，因此，了解其使用与排放情况，找到解决问题的对策，达成国际协议的基础，尽快停止使用CFCS。 CFCS主要用
14、于气溶胶喷雾剂，如制冷剂、发泡剂和溶剂等。当今世界上，从冷冻机、冰箱、汽车到硬质薄膜、软垫家具，以及从计算机芯片到灭火器，都离不开CFCS。CFCS的产量在世界各地极不相同，主要使用量集中在美国及西方工业化国家。 1. 逐步禁止生产和使用破坏臭氧层的物质，从而保护臭氧层免遭破坏。既然破坏臭氧层的物质均为人造化学品，那么完全禁止生产和应用这些物质是可能的，但是，由于氟里昂在工农业生产上的重要地位,立即禁止生产和使用是有难度的，因此，国际上采用的办法是逐步禁止生产和使用这些破坏臭氧层的物质。 因此有了著名的保护臭氧层维也纳公约和关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书及蒙特利尔议定书(修正案)。我国也在
15、1989年9月加入维也纳公约。 2.全球合作 为了使发展中国家的缔约国能够实施控制措施，缔约国应尽力向发展中国家提供情报及培训机会，并寻求发展适当资金机制，促进以最低价格向发展中国家转让技术和替换设备。 3. 研究开发破坏臭氧层物质的替代物。由于破坏臭氧层的物质在工农业生产中占有相当重要的地位，限用和禁用上述物质就必须研究开发相应的替代物。因为破坏臭氧层的物质主要为氟里昂，所以，寻找氟里昂的替代物是研究的重点。现在比较常用的有：氢氟烃HFC，氢氟烃中不含氯，不破坏臭氧层，在大气中的降解产物毒性较低，是较理想的替代物。但温室效应较重，而且有些替代品有生产成本高,热交换性能差、易燃的缺点等。氢氯氟
16、烃HClF，氢氯氟烃的臭氧层破坏系数低，亦可作为氟里昂的过渡替代物，可用作聚氨酯和绝缘材料的发泡剂。其它替代物，有氟碘烃FI，其中的CI键很容易吸收紫外线发生断裂,不会滞留在大气层，是很有发展前途的氟里昂替代物。氟代乙醇、氟代醚、二甲醚、氨、饱和烃作为氟里昂的替代物均有研究和应用。氦、空气、水、二氧化碳及氮等许多天然物质在低温和制冷行业早有应用，应该也是比较理想的替代物。 我国上海、青岛已开发出无氟冰箱。日本通产省技术研究院现已开发出新一代氟里昂,其分子式为C4H5F7O或C3H3F5O，它既不破坏臭氧层,也不产生温室效应。参考文献1. 林志民.台“中研院”发表重大成果 厘清臭氧层破坏原因EB/OL2. 肖祥云.“臭氧空洞”人类生存环境的威胁N. 北京科技报,2000-09-22(006).3. 国际臭氧层保护日J. 世界环境, 2009, (05) :7.4. 认识臭氧J. 环境教育, 2009, (09) :58.5. 曹力佳. 南极臭氧洞的发现及其启示J. 科技导报, 2009, (20) :120.6. 李莉。臭氧层的破坏及其影响J. 河北理工学院学报(社会科学版),2003（S1）.7. 杨丽.臭氧层破坏的影响EB/OL truction/huanpin/jiaoliu/20090601/41067.html, 2009-06-01.
