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臭氧层的破坏问题及对策摘要:臭氧层的破坏是人类面临的重大环境问题。本文对臭氧层的形成、作用、臭氧层损耗现状、破坏臭氧层的物质及作用机制和保护臭氧层的对策作了探讨。关键字：臭氧层，损耗现状，破坏物质，保护措施和策略臭氧层的化学破坏,亦称臭氧层耗损,是人类面临的重大环境问题之一。自从70年代Crutzen发现臭氧层遭到化学破坏以来,世界各国对此问题非常重视,投入了大量人力物力进行研究,并制定了禁止或限制使用、排放破坏臭氧层物质的一系列国际公约。迄今为止,关于臭氧层的形成、作用、破坏臭氧层的化学物质及作用机制等问题已基本弄清。尽管臭氧层的破坏问题还未得到彻底解决,但破坏臭氧层物质在大气中浓度增加的速度已开始减缓,人类保护臭氧层的努力已初见成效[1]。一．臭氧和臭氧层臭氧(O3)是氧气(O2)的一种同素异形体,存在于地球大气的对流层和平流层中[1]。对流层中的臭氧对人类和生物环境都是有害的,但其含量甚微。90%的臭氧集中在平流层里,形成了一道天然的屏障,有效地吸收了对生态系统有害的紫外线,从而保护了地球上的生命。由于平流层中含有绝大多数的臭氧,并且这些臭氧发挥着巨大的作用,因而平流层又被称为/臭氧层0[2]。二．臭氧层的作用尽管臭氧层在地球表面并不太厚，臭氧在大气层中只占百万分之一，若在气温0℃时，将地表大气中的臭氧全部压缩到一个标准大气压时，臭氧层的总厚度才不过3mm。就是这样的一个臭氧层，却吸收了来自太阳99％的高强度紫外辐射（是波长100～400纳米的紫外线，分为长波（UV-A）、中波（UV-B）、短波（UV-C），长波紫外线能够杀菌。但是波长为200～315纳米的中短波紫外线对人体和生物有害,尤其是240～290纳米的紫外区段对今天的生命本质物质———核酸和蛋白质有严重的破坏作用）。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。假如没有臭氧层挡住紫外辐射，陆地上将荒芜一片，现在任何形式的生命在陆地上断难存在，这或许是生命诞生于原始海洋中的原因之一。可以毫不夸在地说，地球上的一切生命就像离不开水和氧气一样离不开大气臭氧层，大气臭氧层是地球上一切生灵的保护伞。亿万年来，万物生灵在臭氧层保护伞的荫护下得以生存和繁衍。三．臭氧层损耗的现状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，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2006年臭氧层空洞曾达到2950万㎞3，相当于两个南极大陆。同时，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。目前，不仅在南极，在北极上空也出现了臭氧减少的现象，美、日、英、俄等国家联合观测发现，北极上空臭氧层也减少了20%，已形成了面积约为南极臭氧空洞三分之一的北极臭氧空洞。在被称为是世界上“第三极”的青藏高原，中国大气物理及气象学者的观测也发现，青藏高原上空的臭氧正在以每10年2。7%的速度减少，已经成为大气层中的第三个臭氧空洞。四．破坏臭氧层的物质自从发现南极上空出现臭氧空洞以后，科学家们经过近十多年的研究，最后得出一致的结论：臭氧层的破坏和臭氧空洞的出现，是人类自身行为造成的；是人们在生产和生活中大量地生产和使用“消耗臭氧层物质（ODS）”以及向空气中排放大量的废气造成的。ODS主要包括下列物质：CFCs（氯氟烃）、哈龙(Halon，全溴氟烃)、四氯化碳、甲基氯仿、溴甲烷等。ODS的用途：用作制冷剂、喷雾剂、发泡剂、清洗剂等。废气：主要是汽车尾气、超音速飞机排出的废气、工业废气等。在上述所有物质中，破坏力最强的（或者称之为“罪魁祸首”）是CFCs和哈龙。而在我们生活中用的最多的就是我们大家所熟悉的CFCs。到上世纪80年代初，全世界每年向大气排放100多万吨该类物质，而欧美日等发达国家的排放量占全世界90%以上。从20世纪的30年代初到90年代的五六十年中，人类总共生产了1500万吨氯氟烃。人类开发了氯氟烃，使自己的生活提高了档次，却带来了一个巨大的环境问题———臭氧层破坏。五．臭氧层损耗机理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。O3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。5．1废气破坏臭氧层废气中含有大量的氮氧化物（如NO和NO2等），这些氮氧化物可以破坏掉大量的臭氧分子，从而造成臭氧层的破坏。近年来研究发现，核爆炸、航空器发射、超音速飞机将大量的氮氧化物直接注入平流层中，同样会使臭氧浓度下降。NO对臭氧层破坏作用的机理为：O3＋NO→O2＋NO2O＋NO2→O2＋NO总反应式为：O＋O3→2O25．2CFCs和哈龙对臭氧层的破坏美国科学家莫里纳（Molina）和罗兰德（Rowland）提出：人工合成的一些含氯和含溴的物质是造成臭氧层被破坏的元凶，最典型的是氯氟烃类化合物（CFCs）和含溴化合物哈龙（Halons）。CFCs和Halons在生产和使用过程中总是要泄漏的，泄漏后首先进入大气的对流层中。而这些物质在对流层中是化学惰性的，即它们在对流层中十分稳定，可以存在几十年甚至上百年不发生变化。但这些物质不可能总是存在于对流层中，通过极地的大气环流以及赤道地带的热气流上升，最终使这些物质进入平流层。然后又在风的作用下，把它们从低纬度地区向高纬度地区输送，在平流层内混合均匀。在平流层内，强烈的太阳紫外线照射使CFCs和Halons分子发生解离，释放出高活性的氯和溴的自由基。氯原子自由基和溴原子自由基就是破坏臭氧层的主要物质，它们对臭氧破坏的化学机理如下：R-Cl→R·+Cl·CI·＋O3→ClO·＋O2CIO·＋O3→Cl·＋2O2溴原子自由基也是以同样的过程破坏臭氧。据估算，一个氯原子自由基在失活以前可以破坏掉104—105个臭氧分子，而由Halon释放的溴原子自由基对臭氧的破坏能力是氯原子的30—60倍。而且，氯原子自由基和溴原子自由基之间还存在协同作用，即二者同时存在时，破坏臭氧的能力要大于二者简单的加和。当然，臭氧空洞的形成除了以上的化学过程外，还有空气动力学过程和极地特殊的温度变化过程所参与的非均相的催化反应过程，这就是为什么臭氧空洞出现在两极以及多发生在春季。六．保护臭氧层的措施及对策随着人们对臭氧层保护意识的不断增强，在取得共识的基础上，有关国际组织和许多国家政府迅速采取了许多有效措施来避免臭氧层受到进一步破坏的联合行动。为了保护大气臭氧层，各国采取的一些措施，大致可概括为6.1冻结和削减氟利昂与哈龙的生产及消耗量，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，国际上采用的办法逐步禁止生产和使用这些破坏臭氧层的物质。即将氟利昂的生产及使用冻结在l986年的水平上，1994年停止生产和使用哈龙。6.2减少氟利昂的排放量除禁止氟利昂作气溶胶应用外，通过再循环使用的方式也可减少其排放量。如制软泡沫塑料中所用的氟利昂，收集后再生，经炭过滤再使用，能减少操作损失50％。6.3研究开发破坏臭氧层物质的替代物较好的代用品应该是既不会破坏臭氧层，也不会产生温室效应的化合物。由于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发的重点。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。另外，许多国家目前正投入力量研究不采用氟利昂制冷原理的技术。例如磁制冷技术、气体制冷技术、热电制冷术、吸附制冷技术和吸收制冷技术等。6.4继续对对流层臭氧形成和耗损的机理、氟利昂等排放的影响，对人类和生态系统的危害等面进行综合调查研究。9月16日“国际保护臭氧层日”的确定，进一步表明了国际社会对臭氧层耗损问题的关注和对保护臭氧层的共识。参考文献：[1]任仁。受控消耗臭氧层物质的种类及其消耗臭氧潜能值。大学化学,1996,11(1)[2]钱易，唐孝炎．环境保护与可持续发展．北京：高等教育出版社，2000。[3]陈凤臻，于显双．环境问题与可持续发展[M]．内蒙古：内蒙古教育出版社，2004[4]周珂．环境法[M]．北京：中国人民大学出版社，2000。[5]方禹之。中学百科全书·化学卷[M]。上海:华东师范大学出版社等,1994。