简介

机理(氟氯烃化合物 其他化合物)

危害

简介

学科：环境科学

词目：臭氧层耗竭

英文：ozone layer depletion

释文：臭氧层耗竭是指高空25千米附近臭氧密集层中臭氧被损耗、破坏而稀薄的现象。大气中臭氧平均浓度仅约0.4×10^-6，且90%存在于平流层内。它几乎吸收了全部300纳米以下波长的紫外线辐射，保护着地球上的万物生灵。同时，它对紫外线辐射的吸收构成了平流层的重要热源，从而制约着平流层的温度场结构和动力学过程，并对全球气候的形成及变化起着决定性的作用。20世纪80年代以来,随着人类活动的加剧，南极冬春之交平流层下部臭氧层已形成了臭氧空洞（ozonelayer vacant hole）；北极臭氧层稀薄。挪威、加拿大、阿拉斯加、日本、瑞士、中国等北半球的观测结果也证实有明显的臭氧层耗竭。

机理

氟氯烃化合物

尽管耗竭的机理仍在不断的争论和探索中，但人们普遍认为主要是由人类活动产生的大量氮氧化物、氟氯烃化合物及其他痕量气体进入臭氧层所造成，氟氯烃化合物是致使其耗竭的祸首（尤其是氟里昂）。它们可长期、稳定地存在于高空，经光解产生活性氯自由基（C1·）及氯氧自由基（C10·），再起催化剂作用使臭氧（O3）不断耗损。

其他化合物

耗竭的另一重要机制是超音速飞机排出的一氧化氮、二氧化氮起催化剂作用的一系列反应。人类文明制造的卤代烃、哈龙、四氯化碳、甲基氯仿等许多用作制冷剂、发泡剂、清洗剂、雾化剂的化合物，都对臭氧（O3）具有破坏作用。

危害

臭氧层破坏后，地面将受到过量的紫外线辐射，危害人类健康；使平流层温度发生变化，导致地球气候异常，影响植物生长、生态平衡等。研究指出,若臭氧总量减少1%，恶性肿瘤的发病率将提高2%；白内障患者将增加0.2%～0.6%。如果臭氧层破坏的势头仍继续发展下去，能破坏人体免疫系统及大多数生命物质—蛋白质化学键的紫外线（B）大量入射地表，一些生物物种将濒于灭绝；生态系统中复杂的食物链、网将被打乱；农业生产受损；气候趋于恶化；人类生存与发展的自然环境将面临灾难性的变化。为此，国际地圈一生物圈计划（IG-BP）等一些科学组织正开展深入的研究。美国、加拿大、瑞典已率先禁用氟里昂。联合国自20世纪80年代中期起，先后召开了一系列的专门会议，通过了《保护大气臭氧层维也纳公约》（1985）、《关于耗损臭氧层物质的蒙特利尔议定书》（1989）等一系列协议。大气中的臭氧含量仅一亿分之一，但在离地面20至30公里的平流层中，存在着臭氧层，其中臭氧的含量占这一高度空气总量的十万分之一。臭氧层的臭氧含量虽然极其微少，却具有非常强烈的吸收紫外线的功能，可以吸收太阳光紫外线中对生物有害的部分（UV－B）。由于臭氧层有效地挡住了来自太阳紫外线的侵袭，才使得人类和地球上各种生命能够存在、繁衍和发展。 1985年，英国科学家观测到南极上空出现臭氧层空洞，并证实其同氟利昂（CFCs）分解产生的氯原子有直接关系。这一消息震惊了全世界。到“1994年，南极上空的臭氧层破坏面积已达2400万平方公里，北半球上空的臭氧层比以往任何时候都薄，欧洲和北美上空的臭氧层平均减少了10%－15%，西伯利亚上空甚至减少了35%。科学家警告说，地球上臭氧层被破坏的程度远比一般人想象的要严重得多。 氟利昂等消耗臭氧物质是臭氧层破坏的元凶，氟利昂是本世纪20年代合成的，其化学性质稳定，不具有可燃性和毒性，被当作制冷剂、发泡剂和清洗剂，广泛用于家用电器、泡沫塑料、日用化学品、汽车、消防器材等领域。80年代后期，氟利昂的生产达到了高峰，产量达到了144万吨。在对氟利昂实行控制之前，全世界向大气中排放的氟利昂已达到了2000万吨。由于它们在大气中的平均寿命达数百年，所以排放的大部分仍留在大气层中，其中大部分仍然停留在对流层，一小部分升入平流层。在对流层相当稳定的氟利昂，在上升进入平流层后，在一定的气象条件下，会在强烈紫外线的作用下被分解，分解释放出的氯原子同臭氧会发生连锁反应，不断破坏臭氧分子。科学家估计一个氯原子可以破坏数万个臭氧分子。 控制臭氧层破坏的途径和政策 在现代经济中，氟利昂等物质应用非常广泛，要全面淘汰，必须首先找到氟利昂等的替代物质和替代技术。在特殊情况下需要使用，也应努力回收，尽可能重新利用。目前，世界上一些氟利昂的主要生产厂家参与开发研究了替代氟利昂的含氟替代物（含氢氯氟烃HCFC和含氢氟烷烃HCF等）及其合成方法，有可能用作发泡剂、制冷剂和清洗溶剂等，但这类替代物也损害臭氧层或产生温室效应。同时，也在开发研究非氟利昂类型的替代物质和方法，如水清洗技术、氨制冷技术等。 为了推动氟利昂替代物质和技术的开发和使用，逐步淘汰消耗臭氧层物质，许多国家采取了一系列政策措施，一类是传统的环境管制措施，如禁用、限制、配额和技术标准，井对违反规定实施严厉处罚。欧盟国家和一些经济转轨国家广泛采用了这类措施。一类是经济手段，如征收税费，资助替代物质和技术开发等。美国对生产和使用消耗臭氧层物质实行了征税和可交易许可证等措施。另外，许多国家的政府、企业和民间团体还发起了自愿行动，采用各种环境标志，鼓励生产者和消费者生产和使用不带有消耗臭氧层物质的材料和产品，其中绿色冰箱标志得到了非常广泛的应用。 1985年，在联合国环境规划署的推动下，制定了保护臭氧层的《维也纳公约》。1987年，联合国环境规划署组织制定了《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》，对8种破坏臭氧层的物质（简称受控物质）提出了削减使用的时间要求。这项议定书得到了163个国家的批准。1990年、1992年和1995年，在伦敦、哥本哈根、维也纳召开的议定书缔约国会议上，对议定书又分别作了3次修改，扩大了受控物质的范围，现包括氟利昂（也称氟氯化碳CFC）、哈伦（CFCB）、四氯化碳（CCL4）、甲基氯仿（CH3CCl3）、氟氯烃（HCFC）和甲基溴（CH3Br）等，并提前了停止使用的时间。根据修改后的议定书的规定，发达国家到1994年1月停止使用哈伦，1996年1月停止使用氟利昂、四氯化碳、甲基氯仿；发展中国家到2010年全部停止使用氟利昂、哈伦、四氯化碳、甲基氯仿。中国于1992年加入了《蒙特利尔议定书》。 为了实施议定书的规定，1990年6月在伦敦召开的议定书缔约国第二次会议上，决定设立多边基金，对发展中国家淘汰有关物质提供资金援助和技术支持。1991年建立了临时多边基金，1994州年转为正式多边基金。到1995年底，多边基金共集资4.5亿美元，在发展中国家共安排了1100多个项目。 到1995年，经济发达国家已经停止使用大部分受控物质，但经济转轨国家没有按议定书要求削减受控物质的使用量。发展中国家按规定到2010年停止使用，受控物质使用量目前仍处于增长阶段。中国由于经济持续高速增长，家用电器、泡沫塑料、日用化学品、汽车、消防器材等产品都大幅度增长，受控物质使用量比1986年增长了一倍以上，成为世界上使用受控物质最多的国家之一。 从各项国际环境条约执行情况而言，这项议定书执行的是最好的。目前，向大气层排放的消耗臭氧屋物质已经逐年减少，从1994年起，对流层中消耗臭氧层物质浓度开始下降。预计到2000年，平流层中消耗臭氧层物质的浓度将达到最大限度，然后开始下降。但是，由于氟利昂相当稳定，可以存在50至100年，即使议定书完全得到履行，臭氧层的耗损也只能在2050年以后才有可能完全复原。另据1998年6月世界气象组织发表的研究报告和联合国环境规划署作出的预测，大约再过20年，人类才能看到臭氧层恢复的最初迹象，只有到21世纪中期臭氧层浓度才能达到本世纪60年代的水平。