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臭氧层的破坏现状及保护措施

内容摘要：经过相关知识的查找和资料的整理得出，在距离地球表面15-25公里处,聚集了大气中90%的臭氧,我们将这一层高浓度的臭氧称为"臭氧层"。它能吸收99％以上对人类有害的太阳紫外线，保护地球上的生命免遭短波紫外线的伤害。因此，臭氧层被誉为地球上生物生存繁衍的保护伞。如何防止臭氧层遭破坏已成为人类面临的全球性环境问题之一。本报告介绍了臭氧层的破坏现状，解释了臭氧层的损耗原理与危害，总结了保护臭氧层的一些措施和我们为保护臭氧所做的努力。
关键字：臭氧层 现状 原因 机理 危害 防治措施
一．臭氧层的破坏现状
1985年，英国科学家法尔曼等人首先提出了“南极臭氧洞”的问题。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km3，相当于两个南极大陆。同时，南极臭氧层空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。
二．臭氧层的破坏原因
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、哈龙、四氯化碳、甲基氯仿、溴甲烷等。其中以CFCs对臭氧层的破坏性最大。大气平流层中的臭氧在太阳的辐射作用下处于一种平衡状态。人类排出的CFCs，因其性质稳定，在对流层中极少分解，因而能够缓慢扩散到平流层并在那里积累。当受到紫外辐射时，CFCs发生光化学反应，放出氯原子，紧接着氯原子就会引发一系列破坏臭氧的链式反应。一个氯原子能反复地参与反应,其本身并不改变 ,也即氯原子催化臭氧分解。有关研究表明,一个氯原子引发的这种链式反应可以破坏约10万个臭氧分子,由此可见CFCs对臭氧层的危害。
三．臭氧层破坏的催化反应机理
1）水蒸气、甲烷等的影响
平流层中存在的水蒸气、甲烷，可与激发态氧原子形成含氢物质(H，OH与HO2)，例如：H2O+O→2HO CH4+O→CH3+HO H2+O→H+HO
这些物质可造成O3损耗约10%。反应：
HO + O3 → HO2 + O2 HO2 + O → HO + O2
总反应：    O + O3 → 2O2
2）·Ox的催化作用
平流层中的·2O(超音速飞机排放)可为紫外线辐射分解为·2和O，其中，约有1%的·2O又与激发态的氧原子结合，经氧化后产生·O和·O2
·2O+ O→ 2·O ·O+O3→·O2+O2
经氧化后产生·O和·O2是造成O3损耗的重要过程，估计约占O3总损耗量的70%。
·O + O3 → ·O2 + O2 ·O2 + O → ·O + O2
总反应：  O + O3 → 2O2
3）天然或人为的氯、溴及其氧化物的催化作用
平流层中ClOx的天然源是海洋生物产生的CH3Cl：
CH3Cl + h·→ CH3 + Cl(该过程贡献cl很少) ClOx的人为源是制冷剂（主要来源） CFCl3 + h·→ CFCl2 + Cl CF2Cl2 + h·→ CF2Cl + Cl
光解产生的Cl 可破坏O3
Cl + O3 → ClO + O2 O + ClO → Cl + O2
总反应：   O + O3 → 2O2
4）总结
总结上述O3层破坏的反应过程，可得到：
Y + O3 → YO + O2 O + YO → Y + O2
总反应：   O + O3 → 2O2/Y
四．臭氧层减少的危害
1.对人类健康的危害
臭氧层被破坏后，其吸收紫外线的能力大大降低，使得人类接受过量紫外线辐射的机会大大增加了。一方面，过量的紫外线辐射会破坏人的免疫系统，使人的自身免疫系统出现障碍，患呼吸道系统传染性疾病的人数大量增加；另一方面，过量的紫外线辐射会增加皮肤癌的发病率。据统计，全世界范围内每年大约有10万人死于皮肤癌，大多数病例与过量紫外线辐射有关。臭氧层的臭氧每损耗1％，皮肤癌的发病率就会增加 2％。另外，过量紫外线辐射还会诱发各种眼科疾病，如白内障、角膜肿瘤等。
2.对陆地生态系统的危害
实验表明，过量的紫外线辐射会使植物叶片变小，减少了植物进行光合作用的面积，从而影响作物的产量同时，过量紫外线辐射还会影响到部分农作物种子的质量，使农作物更易受杂草和病虫害的损害。一项对大豆的初步研究表明，臭氧层厚度减少25％，大豆将会减产20％－25％。
3.对水生生态系统的影响
研究结果表明，紫外线辐射的增加会直接引起浮游植物、浮游动物、幼体鱼类以及整个水生食物链的破坏。研究人员测定了南极地区UV-B辐射及其穿透水体的量的增加，证据证实天然浮游植物群落与臭氧的变化直接相关。
对臭氧空洞范围内和臭氧空洞以外地区的浮游植物进行比较的结果表明，浮游植物生产力下降与臭氧减少造成的UV-B辐射增加直接有关。一项研究表明，在冰川边缘地区的生产力下降了6%～12%。由于浮游生物是海洋食物链的基础，浮游生物种类和数 量 的减少还会影响鱼类和贝类生物的产量。另一项科学研究的结果显示，如果平流层臭氧减少了25%，浮游生物的初级生产力将下降10%，这将导致水面附近的生物减少35%。
五．解决臭氧层破坏问题的防治措施
1.最根本的措施在于尽早开发代用品：
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）提出了削减使用时间的要求。中国于1992年加入了《蒙特利尔协议书》。代用品的开发应考虑：
1）具有优异的物化性能；
2）价格适宜，能被市场接受；
3）对臭氧破坏潜能低；
4）室效应潜能低
2.回收和再生
开发CFCs回收再生技术对控制排放、节省资源，降低成本，代用品顺利转换等有重要的意义，而且这项技术还可以延用于代用品的回收。美国环保局认为美国CFCs消费量的2/3均可回收。
回收再生的方法是一句CFCs的种类、排气量、浓度、生产员来选择的，以求经济合理及保证再生品的质量。IBM公司在原联邦德国的一家工厂的一个循环装置可回收本厂的70%--80%的容积；丹麦和挪威在使用的一种技术能在发泡阶段抽集氯氟烃，回收总排放量的40%--50%。
3．分解和破坏
在CFCs混有多种杂志或回收后的二次处理等不适于采用回收再生技术的情况下，采用分解破坏的方法也不失为一种现实选择。
六．保护臭氧层的个人行为
1.护臭氧层的消费者购买带有"无氯氟化碳"标志的产品；
2.臭氧层的一家之主合理处理废旧冰箱和电器，在废弃电器之前，除去其中的氟氯化碳和氟氯烃制冷剂；
3.臭氧层的农民不用含甲基溴的杀虫剂，在有关部门的帮助下，选用适合的替代品，如果还没有使用甲基溴杀虫剂就不要开始使用它；
4.臭氧层的制冷维修师确保维护期间从空调、冰箱或冷柜中回收的冷却剂不会释放到大气中，做好常规检查和修理泄漏；
5.臭氧层的办公室员工鉴定公司现有设备如空调、清洗剂、灭火剂、涂改液、海绵垫中那些使用了消耗臭氧层的物质，并制定适当的计划，淘汰它们，用替换物品换掉它们；
6.臭氧层的公司替换在办公室和生产过程中所用的消耗臭氧层物质，如果生产的产品含有消耗臭氧层物质，那么应该用替代物来改变产品的成分；
7.臭氧层的教师，告诉你的学生，告诉你的家人、朋友、同事、邻居、保护环境、保护臭氧层的重要性，让大家了解哪些是消耗臭氧层物质。
七．总结
我相信，有了以上的科学办法，再加上我们每个人的实际行动，那么在不久的将来我们会有一片蔚蓝的天空，呼吸清新的空气。
人类共同寄居的地球和共同享有的天空是不可分割的整体。让我们积极行动起来，为了地球上的生命，为了保护我们赖以生存的空间，从我做起，从身边的小事做起，保护臭氧层，使已经缺失的天空早日恢复原状，使人类早日从臭氧空洞的威胁中摆脱出来。
八．参考文献
[1] 杨桂英，《臭氧层损耗的原因、危害及其防治对策》，赤峰学院学报（自然科学版），第26卷第9期，2010年9月，p128
[2] 杨平 莫大伦，《氯氟烃替代物的研究与应用现状》，广州环境科学，第11卷第3期，1996年9月，p30
[3] 姚兴跃，《论臭氧层的破坏及其对策》，西昌师范高等专科学校学报，第16卷第2期，2004年6月，p126
[4] 韩怀芬，《环境保护导论》，浙江科学技术出版社，科学出版社，2005，p98
[5] 中华人民共和国国务院令第573号，《消耗臭氧层物质管理条例》,2010年，第一章第五条
[6] 仝川，《环境科学概论》，科学出版社，2010年，p199~200