搜索
1第五章制冷与臭氧层损耗2臭氧层及作用臭氧层破坏机理臭氧层破坏的后果臭氧层保护国际公约臭氧层与制冷剂一、臭氧层及其作用4臭氧吸收300平流层顶（+）（-）平流层对流层对流层顶散逸层（+）（-）（+）热成层电离层中间层中间层顶200250绝对温度（K）50030007080506020409030040020010001030高高高km高高度（km）O3每升高100m，气温降低0.65℃紫外线的强烈照射，N2和O2产生不同程度的离解高度（km)臭氧层在大气中的分布北京时间14日晚上11点半左右，奥地利著名极限运动员费利克斯·鲍姆加特纳在美国新墨西哥州上空，从距地面高度约3.9万米的氦气球携带的太空舱上跳下并成功着陆，成为首位超音速自由落体的跳伞运动员，速度最高达到每小时1342公里。6平流层中最重要的化学组分就是臭氧。在平流层集中了大气中90%的臭氧。臭氧的生成和消耗机制:生成O2+h(λ240nm)O+OO2+OO3消耗2O3+h3O2Y+O3YO+O2YO+OY+O2O3+O2O2臭氧的生成和消耗机制7太阳光中的紫外线可划分为：UV-A（315~400nm）UV-B（280~315nm）UV-C（280nm以下）三个波段中UV-B辐射对生物有较大的伤害。而阻挡UV-B辐射的就是臭氧。太阳光组成：红外光50%；可见光40%；紫外光10%；其余部分1%；8二、臭氧层破坏英国住南极考察站的科学家法曼（Farman）等人报道了该考察站自1975年起每年早春（10月份）的臭氧观测结果，该地区的总臭氧在这一时期会减弱30%。80年代，距地10-55km的南极出现臭氧洞，1987年，北极也出现。9近几年臭氧洞的深度和面积仍在继续扩展，1998年臭氧洞的持续时间超过了100天，是南极臭氧洞发现以来的最长记录，而且臭氧洞的面积也在扩大，相当于3个澳大利亚。2000.9.3南极上空2830万km2（中国面积2倍多、美国3倍），今后20年，臭氧层处于最脆弱状态。我国青藏高原上空也存在一个相对周围地区浓度较低的区域。102006年10月20日，一幅由美国宇航局提供的卫星图片显示，代表臭氧空洞的蓝色区域正日益扩大，目前已达创纪录的2745万平方公里。11美国宇航局日前宣布，2007年南极上空的臭氧层空洞面积为2512万平方公里，比北美洲面积略大。2008年9月曾达到2720万平方公里，为有记录以来面积第五大的臭氧层空洞。2009年9月底，南极臭氧空洞面积达到该年最大值。根据美国海洋和大气管理局（NOAA）的卫星数据观测资料，南极臭氧空洞面积约2392万平方公里），只比北美洲面积略小。这也是自1979年以来有卫星观测以来臭氧空洞面积第10大。12南极臭氧洞的形成的机制大部分人认同的理论：人为活动的影响——如氯化物的排放进入大气平流层层。13臭氧层被破坏的原因臭氧层4亿年前形成，之后基本未遭破坏，直至上世纪。含“氯”和含“溴”的人工化学品的排放消耗臭氧层物质（ODS）共6类96种，中国有6类16种，包括：全氯氟烃(CFCs)，哈龙，四氯化碳，甲基氯仿，甲基溴，含氢氯氟烃(HCFCs)用途：制冷剂、发泡剂、清洗剂、灭火剂、气雾剂、烟丝膨胀剂、化工助剂、杀虫剂14臭氧破坏机理示意图15南极臭氧空洞形成机理为了查实和弄清臭氧层耗减及臭氧空洞形成的原因，美国宇航局(NASA)牵头组织了数十个科学家于1986年和1987年的9～11月，两次赴南极进行臭氧探险活动，寻求揭示臭氧空洞形成的机理。在第二次探险中获得了有效的探测结果，由此推理出臭氧空洞形成的机理。161995年诺贝尔化学奖——人类活动影响平流层臭氧研究左：PaulCrutzen（荷兰）中：MarioMolina（墨西哥）右：F.SheRwoodRowland（美国）1720多年前，PaulCrutzen“第一次把臭氧问题摆在人们的面前”，他指出人类活动释放的少量物质能够损害全球范围的臭氧，把平流层的研究引导上正确的道路。MarioMolina和Rowland作了卓越的预测——少量的氯氟烃类能够在平流层以催化的方式耗损大量的臭氧。经过20多年科学界不断深入的研究，越来越多的事实证实了他们的理论。1995年，他们共同分享了诺贝尔化学奖。这是有史以来诺贝尔化学奖第一次进入环境化学领域。1995年诺贝尔化学奖——人类活动影响平流层臭氧研究18氟氯烃破坏臭氧的化学反应历程CFCClCl+O3ClO+O2O22OO+ClOCl+O2光分解光分解19CFCs简介CFCs简介,化学名称氯氟烃，商业名称氟利昂，根据氯氟烃的英文名称Chloro-fluoron-carbon，取其字头组成缩写CFC，用CFC代码作为氯氟烃的统称。在CFC后标以化合物代码，可以代表不同的氯氟烃，如CFC-11——CCI3F三氯一氟甲烷CFC-12——CCI2F2二氯二氟甲烷CFC-113——C2CI3F3氟利昂以前大量用于冰箱空调制冷剂、有机溶剂、气雾剂等。20杜邦公司氟里昂臭氧空洞杜邦公司在美国特拉华州的总部大楼历史上的氟利昂臭氧层空洞问题的争论21氟里昂在工业上、生活中被广泛使用22正像20世纪80年代南极臭氧洞扩大现象匆匆而来，21世纪初南极臭氧洞扩大现象为何又匆匆而去？氟利昂破坏臭氧的理论面临新的考验？臭氧层空洞问题的争论23臭氧空洞近年的观测结果1.1978-2000年——快速扩大；2．2002-2004年——快速缩小；3.2006年——2745万平方公里，有史以来较大的臭氧层空洞；4.2007年——2512万平方公里，面积和深度上都相对较小。5.2008年9月——达到2720万平方公里。6.2009年9月底——约2392万平方公里。臭氧层空洞问题的争论24臭氧层空洞问题的争论人类已经把1500万吨以上的氯氟烃排放到大气中。事实与氟里昂理论的预测完全相反：从2000年南极臭氧洞的最大面积2830万平方公里，到2004年南极臭氧洞最小面积1200万平方公里，只用了四年的时间。25臭氧层空洞问题的争论南极臭氧洞成因有多种假设，其中主要有：a、与太阳活动周期有关的自然现象b、火山活动的影响c、当地天气动力学过程的影响d、人为活动的影响——如氯化物的排放进入大气平流层26臭氧层空洞问题的争论南极臭氧洞与拉马德雷现象的关系太平洋十年涛动亦称“拉马德雷”现象,是美国海洋学家斯蒂文•黑尔于1996年发现的，在气象和海洋学上被称为“太平洋十年涛动”（PDO）“拉马德雷”和“厄尔尼诺”、“拉尼娜”现象有着极其密切的关系，被喻为“厄尔尼诺”和“拉尼娜”的“母亲”。27“拉马德雷”是一种高空气压流，分别以“暖位相”和“冷位相”两种形式交替在太平洋上空出现，每种现象持续20年至30年。近100多年来，“拉马德雷”已出现了两个完整的周期。28如果“暖位相”的“拉马德雷”与“厄尔尼诺”相遇，将使其更强烈；在1978-2000年南极臭氧洞快速增大时期，正处于拉马德雷现象的暖位相；在1957-1976年和2002-2004年南极臭氧洞快速收缩时期，正处于拉马德雷现象的冷位相。臭氧层空洞问题的争论29相关链接1889年以来，全球大于等于8.5级的地震共21次。1889-1924年“冷位相”发生6次，1925-1945年“暖位相”发生1次，1946-1977年“冷位相”发生11次，1978-2003年“暖位相”发生0次，2004-2008年“冷位相”已发生3次。规律表明，拉马德雷冷位相时期是全球强震的集中爆发时期和低温期。2000年进入了拉马德雷冷位相时期，2000-2035年可能是全球强震爆发时期。302006年以来南极臭氧空洞创纪录的原因浅析臭氧层空洞问题的争论31美国宇航局观测到，从2006年7月到10月，南极上空的臭氧总量急剧下降了69%；在9月21日至30日之间，南极臭氧空洞的范围达到创纪录的2745万平方公里。32澳大利亚气象学家E.布赖恩特等指出，形成南极“臭氧洞”的理论看似完美无缺，其实也存在不确定性，火山喷发等也会造成臭氧层破坏。原因1：火山喷发臭氧层空洞问题的争论332006年10月7日，巴布亚新几内亚的新不列颠岛上的塔弗尔火山喷出大量火山灰。34几次大的火山喷发坦博拉火山和喀拉喀托火山分别在1815年和1883年喷发，向大气释放了2.11×104t和3.6×106t氯。1982年墨西哥厄尔冲火山的喷发使臭氧的总量减少了2%。1991年6月发生的皮纳图博火山大喷发在3-6个月就使臭氧减少了20%。35原因2：溴的增加英国剑桥大学Dr.XinYANG博士提出了溴的增加是导致对流层臭氧丢失的主要原因之一。臭氧层空洞问题的争论36Dr.XinYANG博士的研究1）用建立的溴化学模式，第一次给出了全球对流层无机溴浓度大约为4-8ppt；2）对流层大气臭氧（O3）的影响进行了定量估算，其结果：在北半球，溴可引起O3减少4-8%；在南半球溴可引起O3减少30%左右。3）提出了溴的突然爆发主要在春季，发生在南北极和海岸带。主要与海面上的冰花、海盐气溶胶大量释放溴有关。此外风速的增加也加速了溴的释放，从而造成O3的减少。37原因3：太阳风长春科技大学教授杨学祥最近撰文指出，造成南极上空臭氧空洞的“罪魁祸首”是太阳风，而不是通常所认为的氟利昂。臭氧层空洞问题的争论2010年2月12日，美国宇航局日地关系天文台拍摄到太阳风暴的形成画面。图片显示，太阳表面有两处活跃区域正在酝酿太阳风暴。38太阳风太阳风是从恒星上层大气射出的超声速等离子体（带电粒子）流。在不是太阳的情况下，这种带电粒子流也常称为“恒星风”。太阳风是一种连续存在，来自太阳并以200-800km/s的速度运动的等离子体流。这种物质虽然与地球上的空气不同，不是由气体的分子组成，而是由更简单的比原子还小一个层次的基本粒子——质子和电子等组成，但它们流动时所产生的效应与空气流动十分相似，所以称它为太阳风。39太阳风对人类的影响：1.当太阳风掠过地球时，会使电磁场发生变化，引起地磁暴、电离层暴，并影响通讯。2.对地面大型结构发送强大原电荷，影响输电、输油、输气管线系统的安全。3.对运行的卫星也会产生影响。4.发送X射线辐射。引起人体免疫力的下降，引起病变，情绪易波动，甚至车祸增多。5.会使气温增高。6.在南北极形成极光。40杨学祥认为，有三个因素结合起来使南极臭氧层出现空洞：1）太阳风的压力使地球南极上空大气层变薄，是地球臭氧空洞的“元凶”；2）处于开裂期的地球南半球由于火山爆发释放出大量有害气体破坏臭氧层；3）太阳高能粒子进入地球大气层后消耗了两极臭氧。41臭氧层空洞为什么只出现在南极？南极冬天的极夜会有极地涡旋，阻止臭氧补充到南极上空。在冬天，零下80度的低温使水汽形成冰晶云。冰晶不断吸收氯氟烃气体，在其表面聚集。春季（9月）来临，阳光照射下冰晶云升温，氯氟烃气体迅速释放。而氯氟烃分子在紫外线照射下开始释放氯原子……氯原子大量损耗臭氧而出现臭氧洞。春天，太阳出来了，冰晶云化了，“非均向化学反应”交界面消失了，反应也就停止了。臭氧空洞逐渐弥合。42三、臭氧层破坏的后果对人体健康的影响对陆生植物的影响对水生生态系统的影响对生物化学循环的影响对材料的影响对对流层大气组成及空气质量的影响43对人类健康的影响DNA改变，免疫机制减退麻疹、水痘、疱疹、细菌感染、真菌感染等皮肤癌基底细胞癌、鳞状皮肤癌恶性黑色素瘤白内障1%臭氧层的减少，将增加1－1.5万白内障臭氧层破坏的后果44对陆生植物的影响减少产量-如豆类、瓜类、卷心菜类改变遗传基因和再生能力降低品质对水生物的影响减少浮游生物影响海洋食物链危害鱼、虾等动物的早期发育对城市环境和建筑材料的影响光学化学烟雾污染聚合物材料老化45俄专家研究称恐龙灭绝与臭氧层空洞有关46四、臭氧层保护国际公约主要是控制CFCS的使用。目前各国都在加紧替代物品的开发，从长远看，采用生物圈中固有的、对环境不起任何破坏作用的物质是制冷剂发展的方向。47臭氧层的