臭氧空洞形成的原因臭氧層空洞的成因
臭氧空洞形成的原因臭氧層空洞的成因
大氣臭氧問題是近幾十年來十分活躍的一個科學領域。目前地球兩極高空出現(xiàn)了臭氧空洞,引起了全球環(huán)境的變化，臭氧空洞形成的原因是什么呢？下面是學習啦小編整理的臭氧空洞形成的原因，歡迎閱讀。
臭氧空洞形成的原因
臭氧空洞指的是因空氣污染物質(zhì)，特別是氧化氮和鹵化代烴等氣溶膠污染物的擴散、侵蝕而造成大氣臭氧層被破壞和減少的現(xiàn)象。
臭氧層損耗是臭氧空洞的真正成因，那么，臭氧層是如何耗損的呢?人類活動排入大氣中的一些物質(zhì)進入平流層與那里的臭氧發(fā)生化學反應，就會導致臭氧耗損，使臭氧濃度減少。 人為消耗臭氧層的物質(zhì)主要是：廣泛用于冰箱和空調(diào)制冷、泡沫塑料發(fā)泡、電子器件清洗的氯氟烷烴(CFxCl4-x，又稱Freon)，以及用于特殊場合滅火的溴氟烷烴(CFXBr4-x，又稱Halons哈龍)等化學物質(zhì)。
消耗臭氧層的物質(zhì)，在大氣的對流層中是非常穩(wěn)定的，可以停留很長時間，如CF2C12在對流層中壽命長達120年左右。因此，這類物質(zhì)可以擴散到大氣的各個部位，但是到了平流層后，就會在太陽的紫外輻射下發(fā)生光化反應，釋放出活性很強的游離氯原子或溴原子，參與導致臭氧損耗的一系列化學反應：
CFxCl4-x+hv→•CFxCl3-x+•Cl
•Cl+O3→•ClO+O2
•ClO+O→O2+•Cl
這樣的反應循環(huán)不斷，每個游離氯原子或溴原子可以破壞大約10萬個O3分子，這就是氯氟烷烴或溴氟烷烴破壞臭氧層的原因。
國際組織《關于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書》規(guī)定了15種氯氟烷烴、 3種哈龍、40種含氫氯氟烷烴、34種含氫溴氟烷烴、四氯化碳(CCl4)、甲基氯仿(CH3CCl3)和甲基溴(CH3Br)為控制使用的消耗臭氧層物質(zhì)，也稱受控物質(zhì)。其中含氫氯氟烷烴(如,HCFCl2)類物質(zhì)是氯氟烷烴的一種過渡性替代品，因其含有H，使得它在底層大氣易于分解，對O3層的破壞能力低于氯氟烷烴，但長期和大量使用對O3層危害也很大。 在工程和生產(chǎn)中作為溶劑的四氯化碳(CCl4)和甲基氯仿(CH3CCl3)，同樣具有很大的破壞臭氧層的潛值，所以也被列為受控物質(zhì)。
溴氟烷烴主要是哈龍：哈龍1211(CF2BrCl)、哈龍1310(CF3Br)、哈龍2420(C2F4Br2),這些物質(zhì)一般用作特殊場合的滅火劑。此類物質(zhì)對臭氧層最具破壞性，比氯氟烷烴高3～10倍，1994年發(fā)達國家已經(jīng)停止這3種哈龍的生產(chǎn)。
近年來的研究發(fā)現(xiàn)，核爆炸、航空器發(fā)射、超音速飛機將大量的氮氧化物注入平流層中，也會使臭氧濃度下降。
NO對臭氧層破壞作用的機理為：
O3+NO→O2+NO2，
O+NO2→O2+NO,
總反應式為：O+O3→2O2。
大氣臭氧層的作用
臭氧層中的臭氧是在離地面較高的大氣層中自然形成的，其形成機理是：
O2 +hv——→O+O (高層大氣中的氧氣受波長短于242nm的紫外線照射變成游離的氧原子); O2+O =O3 (有些游離的氧原子又與氧氣結合就生成了臭氧，大氣中 90%的臭氧是以這種方式形成的); O3是不穩(wěn)定分子，來自太陽的短于1140nm射線照射又使O3分解，產(chǎn)生O2分子和游離O原子，因此大氣中臭氧的濃度取決于其生成與分解速度的動態(tài)平衡。 太陽是一個巨大的熱體，表面溫度高達6000℃，是地球取之不盡的能量來源。但太陽輻射的紫外光中有一部分能量極高，如果到達地球表面，就可能對地球生物的生存造成無法挽回的影響然而，自然的力量改變了這一過程，地球的大氣層就像一個過濾器，一把保護傘，將太陽輻射中的有害部分阻擋在大氣層之外，使地球成為人類可愛的家園。而完成這一工作的，就是今天已經(jīng)婦孺皆知的“臭氧層”。
臭氧是地球大氣層中的一種藍色、有刺激性的微量氣體，是平流層大氣最關鍵的組成組分。大氣中90%的臭氧集中在距地球表面 10 — 50Km的高度范圍內(nèi)，分布厚度約為10～15Km，其平均密度約為9×10-8g.L-1。盡管臭氧層在地球表面并不太厚，臭氧在大氣層中只占百萬分之幾，若在氣溫0℃ 時，將地表大氣中的臭氧全部壓縮到一個標準大氣壓時，臭氧層的總厚度才不過 3 mm，總質(zhì)量不過30億t左右。就是這樣的一個臭氧層，卻吸收了來自太陽99%的高強度紫外輻射，保護了人類和生物免遭紫外輻射的傷害?？梢院敛豢湓诘卣f，地球上的一切生命就像離不開水和氧氣一樣離不開大氣臭氧層，大氣臭氧是地球上一切生靈的保護傘。
臭氧空洞的危害
臭氧層中的臭氧能吸收200～300 nm的陽光紫外線輻射，因此臭氧空洞可使陽光中紫外輻射到地球表面的量大大增加，從而產(chǎn)生一系列嚴重的危害。
陽光紫外線輻射能量很高的部分稱EUV，在平流層以上就被大氣中的原子和分子所吸收，從EUV到波長等于290nm之間的稱為UV-C段，能被臭氧層中的臭氧分子全部吸收，波長等于290～320nm的輻射段稱為紫外線B段(即B類紫外線)，也有90%能被臭氧分子吸收，從而可以大大減弱到達地面的強度。如果臭氧層的臭氧含量減少，則地面受到紫外線B的輻射量增大。
B類紫外線灼傷稱為B類灼傷，這是紫外輻射最明顯的影響之一，學名為紅斑病。B類紫外線也能損耗皮膚細胞中遺傳物質(zhì)，導致皮膚癌。B類輻射增加還可對眼睛造成損壞，導致白內(nèi)障發(fā)病率增加。 B類紫外線輻射也會抑制人類和動物的免疫力。因此B類紫外線輻射的增加，可以降低人類對一些疾病包括癌癥、過敏癥和一些傳染病的抵抗力。
B類輻射的增加，會對自然生態(tài)系統(tǒng)和作物造成直接或間接的影響。例如B類紫外輻射對20米深度以內(nèi)的海洋生物造成危害，會使浮游生物、幼魚、幼蟹、蝦和貝類大量死亡，會造成某些生物減少或滅絕，由于海洋中的任何生物都是海洋食物鏈中重要的組成部分，因此某些種類的減少或滅絕，會引起海洋生態(tài)系統(tǒng)的破壞。
B類輻射的增加也會損害浮游植物，由于浮游植物可吸收大量二氧化碳，其產(chǎn)量減少，使得大氣中存留更多的二氧化碳，使溫室效應加劇。
B類輻射還將引起用于建筑物、繪畫、包裝的聚合材料的老化，使其變硬變脆，縮短使用壽命等等。
另外，臭氧層臭氧濃度降低紫外輻射增強，反而會使近地面對流層中的臭氧濃度增加，尤其是在人口和機動車量最密集的城市中心，使光化學煙霧污染的機率增加。
有人甚至認為，當臭氧層中的臭氧量減少到正常量的1/5時，將是地球生物死亡的臨界點。這一論點雖尚未經(jīng)科學研究所證實，但至少也表明了情況的嚴重性和緊急性。
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1.臭氧層形成的原因