大气臭氧层破坏中冰晶表面反应的机理

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1、维普资讯http://www.cqvip.com物理化学学报(WuliHuaxueXuebao)936ActaPhys．一Chim．Sin．，2004，20(专刊)：936—938专刊(August)【综述]大气臭氧层破坏中冰晶表面反应的机理赵新生(北京大学化学与分子工程学院，分子动态与稳态结构国家重点实验室，北京1008T1)摘要极地云表面催化大气平流层中的一些反应，产生出HOCI和Cl，它们被光解而释放出消耗臭氧的元凶Cl原子．冰晶表面可以催化这些反应的传统解释源于诺贝尔奖获得者Molina的离子催化假设．但是，越来越多的事实表明，离子催化的机理是不全面的．赵新生小组首先提出了冰表

2、面结构催化的新机理，该机理为以后新的实验和理论所证实．本文简短回顾了近几年研究的进展．关键词：大气臭氧破坏，冰晶表面，反应机理中图分类号：0643，X131985年Fannan等人发表了关于南极平流层臭含Cl的物种之间在互相转换．总的说有两类氧含量观测数据的分析报告，指出南极上空的臭氧含cl物种：一类对紫外光敏感，可以容易地被光解浓度近几年显著下降，并且每年的春季浓度最低．为Cl原子，或者本身就能够催化臭氧的破坏．它们此后的卫星观测数据证实了Farman等人的结论．被称作活性Cl物种，如HOCI，CIz，CI，CIO等；另一这就是臭氧洞的生成．由于臭氧是地球生命的安类，化学或光化学性质

3、稳定，不会直接地影响臭氧全防线，臭氧浓度的急剧下降，成为一个世人瞩目的存在，如HCI等．在这两类分子之间起桥梁作用的全球环境问题．Crutzcn，Molina和Roland由于在的是CIONO2分子．这个分子可以被光解成为活性揭示平流层大气化学变化，特别是臭氧减少的机理cl物种，但光解的截面并不很大，它也可以发生如方面的贡献而获得1995年的诺贝尔化学奖．下反应而产生活性的Cl物种：人类活动造成大气平流层臭氧减少，会损害地C1ONO2+H2O—+HONO2+HOCl球上的生命，成为公认的事实．在自然界中cl元素ClONO2+HCl—+HONO2+Cl2主要以离子形式存在，在大气中的含量

4、比较少．由当然以上的反应是可逆的．CIONOz起到了调节活于氟利昂类制冷剂的大量使用，使得大量的cl元素性cl物种浓度的作用，因此，人们称之为库分子以氟氯烃的形式释放到大气中．氟氯烃非常稳定，(reservoirspecies)．以上反应在气相中的速率很小，不能在对流层被有效地降解，这些氯代烃最终飘逸但是在冰晶或其它含水的固体表面上被催化而加到平流层，并聚集．在紫外光的作用下它们解离产快．冰晶表面还催化其它的有关反应，其中一个和生Cl原子，再发生一系列的化学反应而建立起不同以上两个反应起同样作用的是含Cl物种之间的平衡联系．这些含C1分子可以经HOCl+HCl—+Cl2+H2O过各种催

5、化循环，加速臭氧的消耗．例如：为什么在南极首先观察到臭氧的减少，而且是O+ClO—+Cl+O2在春季最严重呢?这是因为在冬季温度低于200KCl+O3一ClO+O2时，在两极的平流层中形成极地云，其成分是微晶，净反应O3+O一2O2从而催化CIONO2的反应．但是冬季的南极没有阳同样地，Br的化合物也会起消耗臭氧的作用，并且光，所以并没有造成显著的影响．春季来临，阳光在分子水平上更严重．由于目前平流层中cl的浓返回南极，极地云依然存在．CIONO的反应与光化度远大于Br的浓度，因此人们认为cl是造成臭氧学反应：破坏的元凶．HoCl+l，—+Cl+oH2003—04—22收到初稿，200

6、3—05—26收到修改稿．联系人：赵新生(E—mail：zhaoxs@chcm．pku．edu．cn；Tel：010—62751727)．‘国家自然科学基金(29425004，29673001，29892161)和国家基础研究重大项目计划(攀登计划资助)项目维普资讯http://www.cqvip.com专刊赵新生：大气臭氧层破坏中冰晶表面反应的机理937Cl2+—+2C1耦合起来，加速了臭氧的消耗．在南极首先观察到臭氧洞还有赖于另外一个南极特有的空气动力学现象，就是南极上空大气的涡旋流动．这种涡旋流动使南极上空的气体与其它部分的交换比较慢，因此化学与光化学反应造成的臭氧分子被消耗的结

7、果能够积聚起来．但是，最近的研究表明，在北极和地球的其它地域以及非春季也有臭氧洞生成，这表明大气臭氧破坏在加重，并且冰晶的存在不是必要条件．冰晶表面如何催化C1ONOz的反应?过去被普图2图1所示体系的零点能修正的相对能量”遍接受的是源于诺贝尔化学奖获得者Molina的离Fig．2TheZPEcorrectedrelativeenergiesforthe子催化机理n．但是，这一机理在新的实验事实面systemsshowninFig．1．I前越来