【doc】臭氧层破坏的起因危害及对策

【doc】臭氧层破坏的起因危害及对策 臭氧层破坏的起因危害及对策 7一2,城市环境与城市生态6卷4期l9隼 口^^^口 (专论) 口V,,. 臭氧层破坏的起因危害及对策 避车2j?弓?火/ (北京防化研竞院) Mitt本克俺舟了赢氧层的破坏及耗揖对生链韶^娄所造成的危害.描述了氧氟烃 (CFC),~W(NO)与 臭氧的反睡并详细论述了cFNOz及;I:山爆发对臭氧层的破坏作用.对有差帚护臭 氧屠的目葡叠约进行了扼 要介纽.提出了防止臭氧耗损应采取妁措施;执行睬臭氧层的嗣蝴;寻拽cFc替代品; 加强对臭氧层的科 学研究. 关蕾掏童盏函氯氟烃CCFC),氮氧化物CNOz), l_l嘲喜.翼弘龟f亏; 199a银联台目环境规划署在纽约联台国 总都公布柏町2年一1992年世界环境状况报 告中指出,在过去2O年内世界环境发生了重 大变化,人类面临严峻的拂战.人口剧增,生 态破坏加剧,气候变化等,其中包括臭氧耗 竭. 最新研究表明l南极上空15km~20km 间的低平流层中的臭氧柱总量减少了3O - ;-'40%,在某些高度臭氧的失可能达95. 雨云7号卫星臭氧总量绘图光谱仪(TOMS) 数据表明,北纬6.至南纬65.之间的臭氧总 萎正以每年约0.26的平均速度下降.在南 教大气中存在着一个臭氧嗣.图1表明了着 名】韵南极臭氧嗣发展演变过程..图中的O. 总量均为10月份的平均值. t大气臭氧层的严重破坏是一个危险的信 号,已引起了全世界的广泛关注.1992年6 月在巴西召开的有160多个国家参加的联合 国环境与发展大会所通过的《21世纪议程》 就有关于臭氧耗蜗问柏论述6. 2囊蕾屡l墨箕耗损柏惫謇 2.1大气寞蕾酬l介 1913年法匡科学家费布瑞首先发现大气 中存在有臭氧.臭氧层是平流层中臭氧集中 柏层次,箕最大锻度部舟位予蔷okm,25 火山暴发,国际公?CFC替代品 1口 2囹 3_ 4团 19BB 1.>2SoD~3.<~00Du 2.2O0,nnIl.?I:51)" 图l南极奥氯屡空蕊的鼍年蠢囊 的高空.同大气中其他气体成分相比,臭戴 含量极其微少,只占空气的几百万分之一- 若将大气臭氧总量订正蓟海平面上,它乎均 只有3.0x10'm的厚度.纯臭氧层的厚度 用温度和标准压力状态下的垂直柱内 盼臭氧董嶷录,它商肘也称为参布逊单位 3I _?-___H_'___.- ,'....'? '',,—?一 (Dobson,简称D.'u), 得到臭氧总量. 击环境与城市生卷l"3年 根据这种测量外线辐射增强将降低人体抵御病毒(包括艾 大气中臭氧总量从小于2O0Du变化至大 ~=60oDu.总的说,它与地理纬度和季节有 关.总量的扳小值在热带,而极大值在极地 附近,并且从早春的高值下降到最低值,见 图2 嬲 3O. '60. _ 南 9O. Z 圈2南北半球臭氧总量与季节和纬度羌系 尽管臭氧在大气中的含量很步,但是对 人类和生物的影响却非常重要.研究表明, 甚至是低级的生物形态都十分密切地依赖于 大气臭氧.臭氧层可以防止大量有害太阳紫 外线辐射到地球表面,是地面的天然屏障. 2.2囊?耗掼的惫害 联合国环境规划署最近公布一些科学家 的研究结果表明,臭氧层耗竭将会增加到达 地球袭面的紫外线辐射(UV—B)的强度.臭 氧消耗1%,自内障发病率则增加o.6%,全转 白内障患者每年增加175万,因患这种病而 失龋者每年增加lO万.至ZOO0年,地球中部 土空舶臭氧层将减少5%,lo%,从而导致皮 肤{珥患肴增柳26‰|P增加3o万爿粤者?苹 兹病病毒)的能力. .臭氧层遭到破坏对生态环境将带来重大 影喃,,强烈紫外线辐射破坏植物的遗传物质 脱氧核糖核酸.由于臭氧层变薄的现象已在 .骞夏出现,正是植物的发芽和生长时期,因此 对陆地植物的破坏尤为严重,各种动物也 会蒙受紫外线强烈辐射的灾难.美国马里兰 大学的艾伦?泰拉穆拉说大气臭氧减少1%, 紫外线辐射就增强2%,大豆刊减产l%,并且 大豆中的蛋白质和含油量减步5%. 海洋生物也在劫准逃.美国海洋生态学 家C?苏珊韦勒说南极大陆上空臭氧层日益 变薄,'已使得紫外辐射穿过臭氧层进入海洋 的深度要比推铡的深得多结果会造成海洋 食物链基础的单细胞生物生产量盼太幅度减 少自1987年以来,南极浮辨植物的总量减步 了6%,l2%.日益增多的紫外辐射会改变物 种的丰度和浮辨植物的种类,一并且会波及整 个食物链,所产生的影响的确是我们无法预 言的. 0囊一耗扭的主要曩园 太阳高能紫外光撞击氧分予(O)台生 成氧原予(O),生成的氧原于与氧分子结 合生成臭氧(O.),臭氧又受到紫外线或 可见光的光予作用,反复分解并很快重新形 成.一个氧原予与臭氧分子楣擅时形成两个 氧分子,这样大气中的臭氧处于动态平衡 某些自由基如HOx,NOx和CIOx可以破坏 上述反应的平衡,并发生链反应而消耗Os, 使得大气中的臭氧含量减步. 专家们一致认为氯氟烃(CFC)是破坏 臭氧层的元凶.平流层中的一氧化氮也消耗 大气中的臭氧.此外火山喷发的大量尘埃,硫 化物对臭氧层也有相当严重的破坏作用. s.I一氟烃(CFC)对^?曲破坏 氧氟烃由氯,氟和碳组成,大约在6O年 前开始使用,主要作为制冷剂,气溶胶中的 唬雾膏4,产生穆律的发泡熹薯,以及电子元件 9_r???r?h 北 6卷4朔城市邵穗号城市生态 昀清洗荆.由于氯氟烃如CC1sFs(氟利昂 一 儿),CCl|Fl(氟利昂一l2)等具有高 稳定性,不葛反应,并且毒性甚小,故一度 |品.然而,正是 棱认l为是理想的工业用化学 这类化合物柏惰性使它们对平流层的臭氧 造成了严重破坏.. 1974年欧文加州大学的萼里臭和舍伍德 首次提出了氯氟烃与臭氧减少的关系.由于 氯氟烃的惰性,太阳光分解作用,雨东冲洗. 或氧化都幂能影响对流屡中的氯氟烃.最终 氯氟烃经扩散进入平流层.巍氟烃可在大气 中保留数十年之久,如氟利昂-二儿,氟利昂一 'l2分别可持续存在年和100年左右.因此, 即使疆在立幂p停止释放氯氟烃选种破坏作 用扔将持续到下一个世纪. 太阳短波紫光(VV)能分解氧氟烃. 产生的氯原子(Cl)能与臭氧Os发生反应, 生成游离基一氧化氯(C1O). Cl+O.——ClO+Ol(1) Clo基团能在数分钟内与氧原子反应,并再 次释放出Cl. CLO+O—-+Cl+.O(2) 反应式(1),(2)的净结果是臭氧与氧原 予结台生成两个分子氧.在(1),(2)的 过程中发生了自由基催化链反应,氯只起催 化作用.在逑一过程中本身不发生任何改 变.在失去活性或反回到对流层之前,每一 个氯原子大约能破坏lO多万个其氧分子.而 回到对流层中的氯由于降水作用及其他作用 可从大气中被消除掉. c1O可能被反应式(3)中的CH,或反 应式(4)中的NOx打断,氯就失去丁活性, 从而终止上述的自由基催化链反应. Cl4-CH'——_?HCl+CH$(3) ClO+NOj+M—l_;CloNOt+M(4) 估计1975年~1990年间,全世界平均每 年排向大气的氯氟烃分别为cc1F400000 t.CC1.F250000t~$00000to第三大氯氟 烃产~CClzFCCIF,'氟利昂一1l3)的产量 在8O年代迅速增加,现在每年已达孙?O伽 t.由于人们对平流层臭氧与氯氟烃的关系 及后果认识的提高,预计gO年代所有氯氟烃 的排放量会咀显下降.:.. 另外光化学作用能便Brt分解成Br,而 Br通过催化循环破坏O.., 丑r与HO|和HCHO等迅速发生气棍爱 应生成HBr和其他溴化有机物(BOC),厢 BOC将会进一步加速Os的耗损. 3.2氮氲化l糖对真蕾晦张.訇;.. 由于燃烧增加和富氮肥料使用增多,使 环境中自N:0浓度增加造成了类似的严重 问题.一, , 飞机在平流层中飞行造成氮氧化辫的增 加.由于地面产生的一氧化氮的不断增高 导致NOx也有所l增加,最终引起Os分布的 变化.,1'... 在催化反应循环中,NO起摧_化作用 一 个NO分子可以周氧原子和臭氧组合次 反应,占k面臭氧被NDt所破坏., 3.s火山?爱对集蕾的謦一 关于火山爆发可能加剧臭氧耗损的想l法 最初是在1989年由美国国家海洋与犬气局的 科学家苏珊和戴维提出来的:他们认为火山 喷发出的以硫为主的气溶胶实际上将会产 生暂时性的极地平流层,指出在墨西哥的臻 尔奇冲火山~1982年爆发后的一年内.北半 球酌臭氧音量下降了大约lo%., 199i年6月菲律宾皮纳圈博火山柏爆发 是2O世纪规模最大的火山爆发.它喷出了2 千万tSOt,为埃尔奇冲火山的兰倍之多在 皮纳图博火山喷发之后,这两位科学家警告 说,这一火山所引起的臭氧耗损可髓讫埃尔 奇冲火山严重得多.犬量的硫化物进入大气 层,加大了氯氟烃对臭氧层的破坏作用,可 能使中纬度地区的臭氧含量在1992年春季壤 少3O以上.' 美国国家海洋与大气局的另一位人士塞 缪尔透露1991年夏天在夏威夷上空施放的气 城市环境与虢虚生态1,93晕 球检嚼出发纳图博火山云块的臭氧含量很 低在柏拿太极北边界上施放的气球已检测 蓟臭氧含量的下降,与此同时还发现了几乎 肯定来自皮纳图博火山的含硫气溶胶. 据英国《岛然》杂志报道,智利哈得逊 火山1991年8月爆发,同年9且南极上空的臭 氧层平均减少lO%,15%,11km~18km和 25km,30km上空的上,下平浇层多迭50% 的臭氧遭乱了破坏. 4防止寞氯耗?盅采取的措蠢' 1985年南极大随上空臭氧层空涡的发现 (见圈I)在世界引起很大震动.科学家们 的最新发现再次引起了人们对臭氧层糯损问 嗣的关注.尤其美国和欧}I}I一些国家引起了 更为强烈的反应.' . 加拿大联邦大气环境署"臭氧层研究与 监测"的负责人詹姆斯?科尔最近说,由于加 拿尢王空臭氧层消耗的速摩在加快,一个新 _的虚急计划已经瓤订出来,要求人们从觋在 起,注意新回媒介每天荧于紫外线辐射剂量 的预报.有关防范措施和正在研究 之. 澳失年驻,.新西兰的气象部门也采取了 突戗措施,硒时还明礁告诉人皮肤在阳光 下暴露多长时间会I起灼伤. 面对严峻的形势,应采取如下措施来阻 止臭氧层的进一步耗损.. '.1全面执行有关保护寞曩矗骋目际蛰的 ' 国际环境保护立法自80年代以来已取得 了重大进展..1985年3月22日干维也纳签订 了保护臭氧层维也纳公约》..该耸约包括 序言l及2l条正文,公约要求各缔约国采取适 当籀施鼠锞护人类健康和环境,使之免受因 改变或l可能改变臭氧层丽造成的不和影响. 缔约国应通过观察,研究和资料交换进行合 :作,并采取立法,行政措施对篮害臭氧层的 人类活莉加以控制,削减和禁Jb,公约已于 l98睥9月22日生效.我国于1989年9月l1日 加入该公钩. 1987年9月16日在加拿大蒙特利尔签订 了《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定 书》,其目的是具体落实《保护臭氧层的维 也纳公约》.议定书包括序言,2O条正文和 3个附件,规定了8种控射物质的消费量和生 产量应予削减.确定均衡控制含氯氟烃物质 的垒球生产,排放和使用的长期和短期战略. 议定书规定至2oo0~面停止使用氯氟烃. 发展中国家可延迟10年履行这一义务. 1990年6月在伦敦举行了缔约国第二次 会议,通过了对议定书的修正案.控制物质 种类从8种扩大至20种,并且以法律形式建立 了保护臭氧层的国际资金,为发展_中国 家缔约国履行议定书的义务提供援助.我国 于1991~6月13日加入了经修正的蒙特利尔 议定书,成为缔约茸之一. 1992年6月于l巴西召开了联合国环境与 发展大会,有160多个国家参加.通过了《21 世纪议程》.《21世纪议程指出各国应该 取代氟利昂和其他损耗臭氧鲋物质,批准联 合国蒙特利尔公约及修正案,到2OOO年要逐 步停止生产损耗臭氧婚物质. 经济发达凰家的控制物质使用占世界总 量的86%.1992年2月6日,黄孱参议院以口6 票比O票要求提前完全废除氯氟烃的使甩,2 ,在1995 月n日布什总统决定美国提前5年 年垒面停止生产氯氟烃,并要求美国工业界 在1992年把瓤氟烃的产量渤壤到19~86年生产 水平的一半,并呼吁日本等国采取同一步骤. 欧共体12国环境部长就北半球上空臭氧 急剧耗损的问题召开会议.他们表示到1998 年1月31日,减少85的CFC生产,并把原定 于1997年l2月31日完垒停止CFC生产的日 期提前至1995年7月1日(7]. 德国环境部长托普费尔1992年l1月中旬 宣布,德国将比原计剜提前?年,从1994年起 成为西方第一个既不生产,也不使用氯氟烃 的国家.1992年儿月2各日于丹麦哥奉晗根举 行的第四羼蒙特利躲议定书签字国会议上 6眷4螭城市环境与城市生态4t 欧共体国家要求全世界将放弃氯氟烃的时间 从2000年提前至1995年.具体方案是到1993 年,氯氟烃的使用量应比1986年减少85, 到1995年完全停止生产和使用.托普费尔认 为,如果蒙将利尔议定书规定的措施能充分 得以落实,全世界氯氟烃的使用量现在就可 能减少40%.哥本哈根会议还对1994年, 1996年的臭氧基金数额作出决定 我国控制物质虽然每年人均使用量很低 只有0.04kg左右,但总量却是发展中国家最 多的.我国己在稍定逐步嚆藏控制物质(到 2010年全部停止使用)的《国家方案》,并 且在保护臭氧层多国基金帮助下,一些生产 使用控制物质企业的技术改造工作也将陆续 开始.当前首要任务是要严格控制生产或使 用控制物质新建项目的建设. ?.2再我氯氟烃蕾代品 《2l世纪议程》号召工业提高能效,开 发更清洁的技术和生产工艺,改善污染治理 技术,用适当的替代品取代氯氟烃,以及其 它消耗臭氧的物质,减少废弃物. 我国青年科学家顾雏军发明的顾氏循环 技术,其制冷剂摒弃了氟和J昂,而采用多种 非氟和昂混合工质,产生与氟利昂同样的热 缸理性质达到制冷目的.顾氏制冷剂已成 为实用高效,并实现商业他的氟利昂替代 品.颟氏循环技术及其制冷剂已取得了中, 美,日,加,澳,欧共体成员国等l6个国家的 专利. 英国帝国化学工业公司研制成功三种新 的化学品,均可用于代替目前正在使用的氯 氟烃. 塞伍德指出,用于太多数场合的氯氟烃 替代品正在迅速开发之中.目前正在生产含 c—H键的化合物HCFC和HFC来代替CFC 由于HCFC和HFC类化合物中的C—H键能 与对流层中的HO反应,如反虚式(5)中的 CHCtF2(HCFC-22)所示,这样就防止 cFc扩散至平流层. HO+CHF2H:O4-CC1F,(5) CHCI:已广泛作为家用空谰器的制冷剡. 其他一些新化合物不久即可获得某些应 用.如CHCI:CF(HCFC--123)代替ClIF (氟利昂一I1),CH.FCF{(HFC--134A) 代替CCl:F:(氟利昂一l2). 4.3加强对亮氧层的科学研究 目前必须加强对有关臭氧问题的研究, 探讨破坏臭氧的各种因素,进一步研究臭氧 耗损所造成的各种危害,积极寻求解决臭氧 耗损问题的新方法.可喜的是已有许多国际 机构开始了对臭氧层问题的研究. 斯图尔特指出有关北半球臭氧变化的潜 在趋势的国际台作研究正在进行之中,并也 计划对南半球进行研究.欧洲犹里卡开创的 FUROTRAC~境计划的一个子项目TOR (对流层臭氧研究)的目标是对环绕欧洲的 对流层臭氧进行研究. 南方氧化剂研究(简称SOS)的原则与 TOR~I,它们主要关切的都是陆地臭氧的 产生. 国际全球大气化学计划(简称IGAc)主 要关注垒球大气中臭氧的生成,并设有垒球 对流层臭氧观测阿.IGAC的一个子项目是 北太西洋地区实验(简称NARE).NARE 的目的是在北美渊,中美洲,欧渊和北部非 洲大气中经过仔细测量NOx及研究自由基, ~IIHO:来验证它们对臭氧生成能力和臭氧破 坏能力的影响. 美国科学家将利用机器人考察南极罗斯 岛埃里伯斯火山的一个正在喷发的火山口. 该火山口不停地把大量的氧和氟喷入南极大 气层.科学家计划调查南极臭氧洞是由氯和 氟造成的可能性,以及这个火山所喷发的氯 和氟在数量上是否足以污染南极平流层. 防止臭氧层的继续耗损还应进行广泛的 环境教育,普及环境保护的基础知识,提高 人们的环境意识. 姚城市环境与城市生态 5,结束语 臭氧层同题是一个跨学科,跨国界的全 球性重大问题.对全球环境问题"任何一个 国家都不可能光靠自己的力量取得成功,而 联台在一起,我们就可以成功".因此各国 和国际组织的持续协作是解决臭氧层问题的 根本保证.联台国环境规划署和世界气象组 织应负责国际协调计划去监测和研究与O. 有关的平流层环境的所有问题. 保护臭氧层是全球人类的共同责任,因 为人类赖以生存的地球只有一个. 参考文越 魏鼎文,中国科学(B辑),(5),s45,5s2,l,,D 王贵韵等辅译,大气臭氧研魁科学出版社,北京 284'l985 Mario..Motis;F-ShetweedRow+Jna, Natu巴J248l0,8l矗l,科 F.Sheco0aRow~aa,Eu~irou.,Sci.,Teckao1. 25(4),622~628,1991. J.C.MconnelI,etaI.,N^ture~355,150~1s2 19船 lohuHorgoa,拌,(7),72-73,l,,2 王尚志.辽望,(17)46,1992 StuartA.PenkeEavlron.Sc1.Techno1..2s (4),631~63s,i99l REASONSHARMFULNESSANDPROTECTIVEMEASURES 0FDAMAGETOOZONELAYER XiaZhlqiang (ResearchInstituteo,ChemicalDefence) Absttact 0zonelayer,theharmfulnessofOZonedepletionandtheinternatlonaltrea. tyaboutpreventingOZOnehavebeenbrieflyintroducedinthispaper.Thefe— acOnSofchlorof1uor0carbons(CFC)andnitrogenoxides(NOx)withozone aredescribed.ItlSdiscussedindetailthatCFC.NOxandvolcaniceruption destroyedozonelayer.Thispaperalsoproposesthel~leasnfesthatprotect ozonedepletion—carryingouttheinternationa1treaty,seekingCFCsubstitutes andstrengtheningrescarehforOzonelayer. Keywordsozonedepletion,ch1or0fluor0c8rbons(CFC), nitrogenoxides(NOx),volcaniceruption, internationaltreety,CFCSubstitutes