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PAGE PAGE 5 从臭氧层的破坏机理谈臭氧层的保护 xxx 摘要：大气臭氧层是维持整个地球生态系统平衡的重要因素。本文通过对臭氧层形成原因的探索，不仅概括性的描述了氮氧化物、氢氧化物、氯氟烃类化合物等物质对臭氧层的破坏机理，而且从事例和化学两个角度论证了火山喷发以及大气中氧被过度消耗等方面也是造成臭氧层破坏的元凶。从而在此基础之上，我们分析了臭氧层破坏给地球带来的影响，同时还根据臭氧层的破坏机理点对点的提出了保护臭氧层的相关对策。 关键词: 臭氧层 破坏机理 影响 保护对策 0 引言 在离地面10~50km的大气平流层，集中了大气中的90%的臭氧，其中离地面20~25km臭氧浓度值达到最高，称其为臭氧层。但是在臭氧层里，其臭氧浓度是很稀的（约10ppm），不过他的作用却不可忽视：首先他是地球生物的保护伞，因为臭氧层阻断了太阳辐射中大部分紫外线，避免地球上的人类和动植物受到短波紫外线的伤害，保证了地球生物的生存繁衍；其次是由于臭氧层的高度分布，臭氧能将吸收太阳光照中的紫外线转化为热能并加热大气，由此才使地球存在平流层；最后臭氧层也具有温室的作用，由于在对流层上部和平流层底部这一段温度很低的高空有了臭氧的存在，才能有效的保证地面气温不下降。 虽然臭氧层的作用巨大，但是由于臭氧化学性质十分活泼，很容易与其他物质发生化学反应，因此臭氧层的破坏也日趋严重。1984年，英国科学家首次发现 南极上空出现臭氧洞。1985 年，英国科学家法尔曼等人在南极 哈雷湾观测站发现：在过去 10 - 15 年间，每到春天南极上空的臭氧浓度就会减少约 30%，有近 95% 的臭氧被破坏。从地面上观测，高空的臭氧层已极其稀薄，与周围相比像是形成一个“洞”，直径达上千公里，卫星观测表明，此洞覆盖面积有时比美国的国土面积还要大。到 1998 年， 臭氧空洞面积比1997年增大约 15%，几乎相当于三个 澳大利亚大。可见，如果任此速度发展，臭氧将损耗殆尽。 1 臭氧层的形成 高空臭氧主要由光化学作用形成，太阳高能紫外光撞击氧气分子会生成2个氧原子，生成的氧原子与氧分子结合生成臭氧，臭氧又受到紫外线或可见光的光子作用，反复分解并很快重新形成，而一个氧原子与臭氧分子相撞时形成两个氧分子。化学反应式如下： O3的生成：O2+hv →2O O+O2+M→O3+M O3的消失：O3+hv→O2+O O3+O→2O2 由此可见，如果没有其他成分参加反应，以上反应造成的臭氧净消耗为零，即大气中存在的臭氧的生成和消除反应处于动态平衡。如果臭氧层被破坏，那么一定存在某种物质打破了这种平衡。 2 臭氧层的破坏机理 2.1 氮氧化物 氮氧化物主要来自工业排放的废气，包括NO、NO2、N2O等，此外农业氮肥和土壤中的硝酸盐经反硝化细菌的脱氮作用，会分解产生氮氧化物N2O，其本不与臭氧发生反应，但受光照可转化成NO。此外，飞机在平流层中飞行也能造成氮氧化物的增加。 氮氧化物破坏O3的机理为： NO+ O3 ? N O2+ O2 +) NO2+ O? NO+ O2 总反应： O3+O? 2 O2 由反应可见，NO在反应中起催化作用，一个催化剂分子可以同氧原子和臭氧组合多次反应，从而臭氧被氮氧化物所破坏，而随着氮氧化物的增多，对臭氧层的破坏也明显加快。 2.2 氯氟烃（CFC）类化合物 氯氟烃由氯、氟和碳组成，主要作为制冷剂、气溶胶中的喷雾剂、产生泡沫的发泡剂，以及电子原件的清洗剂。这类化合物化学性质虽然在平常极不活泼，但正因为它的惰性对臭氧层造成了严重的破坏。 氯氟烃破坏O3的机理： CF2Cl2 + hv? Cl+CF2Cl O3+Cl ? ClO+O2 +) ClO+O? Cl+O2 总反应： O3+O ? 2O2 科学研究表明，在失去活性或返回到对流层之前，每一个氯原子可破坏10 万个O3分子，除氟里昂外，其他卤代烷烃如：CF3Br (哈龙)、CCl4(氯仿)、CH3Br（甲基溴）等同样会破坏O3，且Br 破坏O3的能力比Cl 更强。氯氟烃可在大气中保留数十年之久，因此，即使现在立即停止释放氯氟烃，这种破坏也将持续到下一个世纪。 2.3 HOX破坏O3的机理 平流层HOX主要是由H2O, CH4 或H2与O反应而生成的。反应式为： H2O+O?2HO CH4+O?CH3+HO H2+O?H+HO HO+O3?HO2+O2 HO2+O?HO+O2 总反应：O3+O?2O2 2.4 其他破坏臭氧的论据 2.4.1 火山爆发破坏臭氧 有部分学者曾经在1989年提出火山爆发可能加剧臭氧耗损的想法，原因是火山喷发出的以硫为主的气溶胶将会产生暂时性的极地平流层