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臭氧 臭氧层空洞

臭氧层空洞

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  臭氧层空洞,是指南极上空大范围的高密度臭氧分子遭到破坏而出现的衰竭现象。1985年,英国科学家根据30年的观测资料,发现1980-1984年间南极上空每年9、10月臭氧的含量大幅度下降。这一现象后来被美国科学家进一步证实,形象地称之为出现了“臭氧洞”。

臭氧洞的发现

  用从地面到高空垂直柱中臭氧的总层厚来反映大气中臭氧含量的方法叫做柱浓度法。正常大气中臭氧的柱浓度约为300多布森单位(1个多布森单位是标准状态下千分之一厘米的臭氧层厚度)当臭氧的柱浓度小于200多布森单位.臭氧浓度减少的区域,臭氧极其稀薄,与周围相比好像是形成了一个“洞”,直径达上千公里,“臭氧空洞”因此而得名。

  diyi个发现南极臭氧空洞是两位日本科学家,1982年9月。他俩在南极昭和站观察活动中偶然发现并报道这一现象。但当时很少有人注意到这一件事。

  之后不久,英国南极站的科学家约瑟·法曼等在哈雷湾站也观察到每年9月(南极的早春)南极上空臭氧急剧减少。1985年英国南极探测局公布哈雷湾站1980年初以来在南极春季观察到臭氧层空洞这一消息。

  这个空洞面积非常大。基本上与美国领土面积相当,于每年9月上旬出现,然后迅速地减少一半左右,并形成一个“臭氧空洞”,持续到11月又逐渐恢复。这一报道引起全世界的震惊,人们担心这是臭氧层破坏或解体的先兆。

  1986年,美国公布了通过“雨云二号”卫星得到的数据。证实了自1979年到1984年10月在南极上空的确出现了总臭氧含量持续减少的情况,这样显著的变化已经超出了由气候变化引起的变化范围。直到这个时候,南极上空的臭氧空洞才受到的关注。

臭氧洞的元凶

  那么到底是谁破坏了臭氧?绝大多数科学家认为,“元凶”是由人类活动排放到大气里的氯氟烃。这种物质世界上本来没有,是20世纪30年代中人类使用致冷剂、发泡剂、灭火剂等制造出来的一种化合物。

  氯氟烃的性能极其稳定,在低层不易分解,上升到平流层后,在强烈紫外线作用下分解产生氯原子,从臭氧中夺取一个氧原子,成为一氧化氯,臭氧分子就变成了普通的氧分子。而一氧化氯是不稳定的,空气中游离的氧原子可以夺取其中的氧原子而成为普通的氧分子,氯原子则再次游离出来去重复上述破坏臭氧分子的过程。

  这种过程可以重复上万次,使臭氧的浓度不断降低,Z后便形成了臭氧层空洞。可见,人为排入大气中的氯氟烃是一个名副其实的臭氧杀手。

  可是,氯氟烃的源地是在北半球,且北半球大气中氯氟烃的浓度比南半球还略高,为什么臭氧洞却发生在南极呢?这与南极特异的气候有关。

  因为南极大陆纬度高,海拔高,冰川反射率强,具有特殊的环极涡旋和低温条件,环极涡旋把南极大陆封闭起来,从北方来的富含臭氧的气流不能进入它的上空。低温使南极上空大气中有众多的冰晶云,云中的冰晶不断吸收氯氟烃气体,浓度越来越高,更加速了对臭氧的破坏。

南极臭氧洞形成机制分析

  南极臭氧洞的发现,大大激发了各国科学家研究南极“臭氧洞”的兴趣,对南极臭氧洞的形成机理也提出了各种解释,其中主要有大气动力学、太阳活动和大气化学过程三种解释。

  1、大气动力学解释

  南极的冬季是极夜,收不到太阳辐射,南半球的行星波活动较弱,使南极平流层的大气与周围地区的动量、热量和质量交换很少,处于相对稳定的状态,而大气本身却以长波辐射的形式不断往外放出热量,在南极平流层形成环极涡旋(极地涡旋)。

  环极涡旋的范围和形状同南极臭氧洞相似,并且环极涡旋的平衡状态在每年的春季被破坏,这与南极臭氧洞的出现和闭合好似有某种联系。

  大量观测事实也表明:近年来南极平流层春季温度与臭氧总量的迅速下降存在着线性关系。南极平流层温度每下降1℃,臭氧总量就会下降3%。因此有人认为,南极臭氧洞是由大气动力学过程造成的自然现象。

  2、太阳活动解释

  有人发现,太阳黑子数与臭氧总量的变化存在显著相关,并且臭氧总量的3年滑动平均值与太阳活动一样也有11年的周期。

  南极地区是臭氧对太阳活动响应Z敏感的地区,除了太阳紫外线辐射大大增强对臭氧的影响外,逐渐增多的大量的带电粒子也会对南极臭氧洞的形成发生影响。

  也有人认为随着太阳活动峰年时,宇宙射线明显增强,使大气中的NO2和其他奇电子氮化合物的含量增加,会通过光化学过程破坏南极的臭氧层。

  3、大气化学过程解释

  早在20世纪30年代,Chapman就提出光化学反应是大气中臭氧生成和破坏的主要因素。

  20世纪70年代,美国政治界、企业界和科学界,还围绕着氟里昂(CFCs)等人造化学物质能否导致地球大气臭氧层减薄,展开过一场臭氧战。

  1970年,Crutzen发表了大气中的NOx参与了损耗臭氧的催化反应的研究结果,随后来自超音速飞机尾气排放的氮氧化物对平流层臭氧损耗也被关注;

  1974年,Molina等发表了平流层是CFCs汇的文章,指出CFCsZ终对平流层臭氧的危害远高于NOx,同年也有人发表了相似的研究成果。

  这些研究工作对平流层臭氧的损耗化学理论奠定了重要的基础。持这种观点的人认为,正是人类活动排放到大气中的大量的含氯化合物(主要是氟里昂类物质)参与的光化学反应破坏了南极大气臭氧层。

  但到20世纪80年代初,对这些工作的重视程度不够,特别是1984年有人发表了用一维模式模拟30°N的大气臭氧层受CFCs损耗的模拟结果,错误地认为大气臭氧层受CFCs的损耗情况不是很严重,不足以引起臭氧层的长期变化。

  上述三种原因尽管都能在一定范围内和一定程度上解释南极臭氧洞的形成,但它们各有片面性。大气动力学及太阳活动原因都不能解释为什么臭氧洞只在20世纪70年代末才出现;也不能解释已经发现的性的大气臭氧总量下降,以及南极平流层冬、春季低温与臭氧总量减少的因果关系。单纯的大气化学原因能解释以上两个问题,却无法说明臭氧洞只出现在南极的春季,也无法解释近年来南极臭氧洞的异常变化。

臭氧洞的危害

  1、对人类的影响

  过量的太阳紫外线辐射对人类健康Z直接的危害是:降低人体免疫系统功能.增加传染疾病的发病率;损害眼睛(角膜和晶体),增加白内障患者的发病率。

  据报道我国青藏高原白内障的发病率明显升高;靠近南极的澳大利亚皮肤癌患者大量增加。

  2、对农作物的影响

  过量的紫外线照射会破坏植物绿叶中的叶绿素,影响植物的光合作用。同时还会改变细胞的遗传基因和再生能力,使农作物生长受到限制,质量降低。产量大幅度降低。

  3、对水生生物的影响

  水生生物大多贴近水面生长,这些处于水生食物链Z底部的小型浮游植物Z易受到臭氧损耗的影响。从而危及整个生态系统。对于底层的浮游动物,紫外线辐射具有很强的穿透能力,能穿透水下20米。

  过量的紫外线杀死水中的微生物、削弱浮游植物的光合作用,破坏水生生物食物链,引起水生生态系统发生变化,降低水体的自然净化能力,导致水生生物大批死亡。

  4、对城市环境的影响

  平流层中臭氧浓度降低紫外辐射增强,会使近地面对流层中的臭氧浓度增加,地表的臭氧对人体和植物有很大的危害。尤其是在人口和机动车量Z密集的城市ZX,使光化学烟雾污染的机率增加。

  光化学烟雾是城市污染新问题,它Z早发生于美国的洛杉矾。主要是汽车排放的氮氧化物NOx(主要是NO和NO2),在强烈的太阳紫外线的照射下形成的产物凝集成烟雾,影响空气的可见度,刺激人的眼睛和呼吸器官。

保护臭氧层采取的措施

  1985年,由联合国环境署发起21个国家的政府代表签署了《保护臭氧层维也纳公约》,首次在建立了共同控制臭氧层破坏的一系列原则方针。

  1987年9月,36个国家和10个国际组织的140名代表和观察员在加拿大蒙特利尔集会,通过了大气臭氧层保护的重要历史性文件《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》。

  由于进一步的科学研究显示大气臭氧层损耗的状况更加严峻,1990年通过《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》伦敦修正案,1992年通过了哥本哈根修正案,其中受控物质的种类再次扩充,完全淘汰的日程也一次次提前。缔约国家和地区也在增加。到目前为止。缔约方已达165个之多,反映了世界各国政府对保护臭氧层工作的重视和责任。

  联合国环境署还规定从1995年起,每年的9月16日为”国际保护臭氧层日”,以增加世界人民保护臭氧层的意识。提高参与保护臭氧层行动的积极性。

  我国政府和科学家们非常关心保护大气臭氧层这一性的重大环境问题。我国早于1989年就加入了《保护臭氧层维也纳公约》,先后积极派团参与了历次的《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》缔约国会议,并于1991年加入了修正后的《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》。

  我国还成立了保护臭氧层领导小组,开始编制并完成了《ZG消耗臭氧层物质逐步淘汰国家方案》。根据这一方案,我国已于1999年7月1日冻结了氟利昂的生产。并将于2010年前全部停止生产和使用所有消耗臭氧层物质。

  即使我们如此努力地弥补地球上空的“臭氧洞”。但由于臭氧层损耗物质从大气中除去十分困难.预计采用哥本哈根修正案,也要在2050年左右平流层氯原子浓度才能下降到临界水平以下。到那时,我们上空的“臭氧洞”可望开始恢复。

 


2018-06-19  浏览次数:2902
本文来源:https://www.yiqi.com/citiao/detail_766.html
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