化學與氣象之臭氧層空洞
化學先生 / 2019-06-22
在高層大氣中(高度范圍約離地面15～24千米)，由氧吸收太陽紫外線輻射而生成大量的臭氧(O3)。光子首先將氧分子分解成氧原子，氧原子與氧分子反應生成臭氧:
O2→20
0+O2→O3
O3和O2屬于同素異形體，在通常的溫度和壓力條件下，兩者都是氣體。當03的濃度在大氣中達到最大值時，就形成厚度約20千米的臭氧層。臭氧能吸收波長在220 ～330納米范圍內的紫外光，從而防止這種高能紫外線對地球上生物的傷害。
過去人類的活動尚未達到平流層(海拔約30千米)的高度，而臭氧層主要分布在距地面20～25千米的大氣層中，所以未受到重視。近年來不斷測量的結果已證實臭氧層已經(jīng)開始變薄，乃至出現(xiàn)空洞。1985年，發(fā)現(xiàn)南極上空出現(xiàn)了面積與美國大陸相近的臭氧層空洞，1989年又發(fā)現(xiàn)北極上空正在形成另一個臭氧層空洞。此后發(fā)現(xiàn)空洞并非且面積不斷擴大。臭氧層變薄和出現(xiàn)空洞，就意味著有更多的紫外輻射線到達地面。紫外線對生物具有破壞性，對人的皮膚、眼睛，甚至免疫系統(tǒng)都會造成傷害，強烈的紫外線還會影響魚蝦類和其他水生生物的正常生存，乃至造成某些生物滅絕，會嚴重阻礙各種農(nóng)作物和樹木的正常生長，又會使由CO2量增加而導致的溫室效應加劇。
人類活動產(chǎn)生的微量氣體，如氮氧化物和氟氯烷等，對大氣中臭氧有很大的影響。引起臭氧層被破壞的原因有多種解釋，其中公認的原因之一是氟利昂(氟氯甲烷類化合物)的大量使用。氟利昂被廣泛應用于制冷系統(tǒng)、發(fā)泡劑、洗凈劑、殺蟲劑、除臭劑、頭發(fā)噴霧劑等。氟利昂化學性質穩(wěn)定，易揮發(fā)，不溶于水。但進入大氣平流層后，受紫外線輻射而分解產(chǎn)生Ci原子，Ci原子則可引發(fā)破壞O3循環(huán)的反應:
Ci+O3→CiO+O2
CiO+O→CiO2
由第一個反應消耗掉的CI原子，在第二個反應中又重新產(chǎn)生，又可以和另外個O3起反應， 因此每一個原子能參與大量的破壞03的反應，這兩個反應加起來的總反應是:
03+0→202
反應的最后結果是將O3轉變?yōu)?2而Ci原子本身只作為催化劑，反復起分解03的作用。O3就被來自紙利昂分子釋放一出的Ci原子引發(fā)的反應而破壞。
另外，大型噴氣機的尾氣和核爆炸煙塵的釋放高度均能達到平流層，其中含有各種可與O3作用的污染物，如NO和某些自由基等。人口的增長和氮肥的大量生產(chǎn)等也可以危害到臭氧層。在氮肥的生產(chǎn)中向大氣釋放出各種氮的化合物，其中一部分可能是有害的氧化亞氮(N2O),它會引發(fā)下列反應:
N20+0→N2+O2
N2+O2 →2NO
NO+O3 →NO2+O2
NO2+0→NO+O2
O3+0→202
NO按后兩個反應式循環(huán)反應，使O3分解。
為了保護臭氧層免遭破壞，于1987年簽訂了蒙特利爾條約，即禁止使用氟氣院利其他鹵代烴的國際公約然而，臭氧展變博的速度仍在加快。 不論是南極地區(qū)上空，還是北半球中緯度地區(qū)上空，O3含量都呈下降趨勢。與此同時，關于臭優(yōu)層破壞機制的爭論也很激烈。例如大氣的連續(xù)運動性質使人們難以確定臭氧含量的變化究競是由動態(tài)漲落引起的，還是由化學物質破壞引起的，這是爭論的焦點之一。由于提出不同觀點的科學家在各自所在的地區(qū)對大氣臭氧進行的觀測是局部和有限的，因此建立一個全球范圍的臭氧濃度和紫外線強度的監(jiān)測網(wǎng)絡，可能是十分必要的。
聯(lián)合國環(huán)境計劃署對臭氧消耗所引起的環(huán)境效應進行了估計，認為臭氧每減少1%，具有生理破壞力的紫外線將增那13%,因此，臭氧的減少對動植物尤其是人類生存的危害是公認的事實。保護臭氧層須依靠國際合作，并采取各種積極、有效的對策。
閩ICP備15011996號-4
|
閩公網(wǎng)安備35040002000218號
|