科研训练作业臭氧空洞的化学成因

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1、大气科学进展臭氧空洞的化学成因［摘要］大气臭氧层的损耗是当前世界上一个普遍关注的全球性大气环境问题，并且直接关系到生物圈的安危和人类的生存。自臭氧空洞被发现以來，已有众多学者从多个角度对臭氧空洞的原因给予解释，本文主要从化学角度，归纳并探讨了臭氧空洞的形成原因，以期对大气臭氧空洞问题的解决有所帮助。［关键字］臭氧空洞的形成臭氧空洞的化学成因臭氧空洞的危害臭氧空洞问题自从被发现至今，引起了社会各界的广泛关注，它与人类的生存息息相关，人类出台了许多相关政策法规来避免臭氧层的破坏，因此，我们很有必要对臭氧空洞的成因做深入分析，以待为恢复臭氧空洞做出一定的努力。1.臭氧的形成⑴地球周围的大气，按其高度

2、不同，自下而上分为对流层、平流层、中间层、热成层、逸散层。在平流层的下层中，离地面20-35km处，氧吸收太阳紫外线辐射而生成可观量的臭氧：02+hv-^2［0］（［0］表示不稳定的原子氧）［0］+02—03当臭氧的浓度在大气中达最大值吋，就形成厚度约20km的臭氧层。臭氧是地球大气层中的一种蓝色、有刺激性气味的微量气体’总量只占大气的百万分之0.4,如果在摄氏零度的温度下，沿着垂直于地表的方向将大气中的臭氧全部压缩到一个标准大气压，那么臭氧层的总厚度只有3毫米左右。正是这层薄薄的臭氧层存在，才为地球上万物生灵的生存提供了前提条件。因此臭氧层被誉为生物在地球上得以生存繁衍的“保护伞”。1.臭氧

3、空洞的发现1985年，英国南极考察队报告:在南极上空发现了巨大的臭氧空洞。后来，美国化学家所罗门认为应当对这个问题做进一步的调查，她组织了一次到南极的考察活动。随着十月南极春季的到来，她发现不仅臭氧比正常值低50%,而且出现了高水平的氯。真的存在着一个“臭氧空洞”，这个空洞正在变大，而且似乎与氯有关。破坏比较严重的地方还有地球的另外“两极”的上空，即北极地区和青藏高原。2.臭氧空洞形成的化学机理3.1太阳活动学说美国宇航局弗吉尼亚州汉普顿芝利中心Callis等提出南极臭氧层的破坏与强烈的太阳活动有关。为期11年的太阳活动周期在1979一1980年初达到最高峰,是250年以来第二个最强周期。它的

4、辐射粒子和磁场袭击地球，快电子与氮反应及氮的光解,奇氮牛成速度在太阳活动期特别快。特别是在南半球的中纬度地区。分析卫星数据说明1979一1984年间大气中NO2增加多达70%。热电离层产生奇氮在极夜通过屮间层输送到平流层。并与平流层奇氮混合（达到18-24ppbv）,进一步传送南半球界限分明的25-35公里高度的极地涡流中。下降中的NO2和NO3、NO和03反应生成N2O5和N03,太阳升起N02和N2O5光解。直到南半球变暖（9ji中旬至ion末），臭氧最小值也由于末暖期或热电离力产生的行星波予以抑制与调整。太阳辐射粒子因地磁聚集在冬季的南北极，并停留3—4年，基于上述见解,臭氧含量随太阳活

5、动的减弱而逐渐冋升，但要滞后几年。3.2氯化学学说⑵大气中氯含量是随人类使用氯氟炷用量增加而增加。氯氟桂在平流层被低于2300A的太阳辐射光解离成氯原子。氯催化破坏臭氧一般通过下列循环：CI+03—CIO+02O+CIO—Cl+020+02->202然而，这个循环可能不适宜用来解释南极臭氧空洞。因为高纬度的初春没有足够的阳光产生大量氧原子以保持链反应的进行。很多科学家提出不需要氧原子的循环机理。3.2.1哈佛大学的MeElroy等提出氯和溟的协同作用机理。CI+03〜CIO+02Br+03—CI+Br+02203—302CIO和BrO反应亦生成二氧化镒CIO和BrO—Br+OCIO1986年，

6、南极地面检测大气，有大量二氧化率，认为这是漠循环的直接迹象,但飞机进行季节性检测表明BrO浓度太低。3.2.2Solomon等提出包括0H和H02自由基的氯链反应机理。0H+03—HO2+O2Cl+03—CIO+02H02+CI0—HOCI+02HOCI+hvfOH+CI203—302目前，还没有发表南极上空0H和H02的测定数据。某些科学家提出南极干燥的犬气中很难产生这些自由基，提岀质疑。3.2.3Molina等及Rodriquez提出CIO二聚体链反应机理。CI+03—CIO+03CI+03—CIO+02CIO+CIO+Mf(CI0)2+M(CI0)2+hv->CI+CIOOCI00+M—

7、Cl+02+M203—302(M是反应屮不发生变化的其他分子)所有的氯链式反应机理都是基于南极特有的气象条件进行非均相反应，以及必须有异常少的奇氮。气相反应速度慢，认为反应经过储容分子进行的。CI+CH4fHCI+CH3CI0+N02—CI0N02目前大气中甲烷浓度比10年前增加了倍。HCI、CIONO2是对03惰性化合物，与南极平流层云的冰晶反应：CIONO2+H2O—HOCI+HNO3HCI+