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臭氧层空洞的原因 臭氧层的作用是什么

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发表于 2016-1-3 01:38:53 | 显示全部楼层 |阅读模式

臭氧层空洞就是一种极其自然的现象。同时它也是关于臭氧层空洞当中的一个主要成因,而且尚有待进一步去研究。在2008年所形成的一个南极臭氧层空洞的面积达到9月的第二个星期就已经达到2700万平方公里,然而在2007年的臭氧空洞的面积只有2500万平方公里。因此在2000年,南极上空的一些臭氧层空洞的面积达到创记录的2800万平方公里,也就相当于4个澳大利亚。

臭氧层空洞


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      臭氧空洞的面积较小的主要原因就在于这里的气候,而不是因为破坏臭氧层当中的化学气体的排放在逐渐减少。因为英国在南极考察的科学家阿兰·罗杰说,我在去南极上空的一些臭氧空洞也在缩小。同时它在历史的记录上也应被看作是极其个别的现象。因此,臭氧层空洞的面积有可能会进一步的扩大。从而导致大气圈里的臭氧入不敷出,而且它的浓度也在相对降低。因此科学家在1985年的首次发现也就是在1984年的9、10月之间,在南极上空所发现的一些臭氧层当中,同时发现臭氧的浓度较20世纪的70年代中期相对降低40%,这早已不能充分的去阻挡一些过量的紫外线,从而造成这个保护生命的一些极其特殊的圈层会出现空洞,并威胁着南极的海洋中会浮游着一些植物的大量生存。根据世界气象组织的一些报告在1994年所发现的北极地区上空的平流层当中的一些臭氧含量,也在有所减少,因此在某些月份会比20世纪的60年代减少了25-30%。然而在南极上空的一些臭氧层的空洞还在不断的扩大,因此在1998年的9月就创下了面积最大达到2500万平方公里的一个主要历史记录。

      臭氧层空洞让许多的科学家们都会认为,这是在通过使用氟利昂作制冷剂及在其他方面进行使用的主要结果。氟利昂则是由碳、氯、氟等组成的,其中的氯离子所释放出来的进入大气之后,就能够反复的去破坏一些臭氧分子,但是它自己却仍能够保持原状,因此尽管它的其量甚微,却也能够使一些臭氧分子逐渐减少到形成空洞为止。因此我国的科学家也曾经新近提出,这不仅仅只是氟利昂的作用还不够,因为太阳风所射来的一些粒子流在地磁场当中的作用下向地磁的两极集中,并且破坏了那里的一个臭氧分子,因此这才是最主要的一个原因。(杨学祥,1999)然而无论如何,如果人为地将氯离子送进大气,那么它最终还是一种有害的行为。


      臭氧层空洞也是在本世纪的70年代,当时英国的科学家就是通过主要的观测首先发现,在地球南极上空的一些大气层当中,臭氧的主要含量也在开始逐渐的减少,尤其是在每年的9-10月(这时相当于南半球的春季)减少的更为明显。美国的云雨7号卫星也通过进一步的探测所表明,臭氧所减少的区域主要位于南极上空,并呈椭圆形,在1985年早已和美国整个的国土面积十分的相似。因此这一切就好像天空一不小心塌陷了一块似的,因此科学家就把这个现象称之为南极的臭氧洞。南极臭的氧洞的发现也会使人们深感不安,因为它表明包围在地球外的一些臭氧层早已经处于危机之中。于是这些科学家们在南极尽早的设立了一个研究中心,从而能够进一步的去研究一些臭氧层的主要破坏情况。在1989年,科学家们又赴北极去进行相关的考察研究,结果却发现在北极上空的一些臭氧层也已经遭到了十分严重的破坏,但是程度上却比南极要轻一些。


      臭氧层空洞的危害。臭氧也是在大气当中的一些微量气体之一,其主要浓集在一些平流层当中20-25km的高空,即大气的一些臭氧层。由于臭氧层对保护地球上的一些生命界以及从而去调节地球上的一些气候都具有极为重要的一些作用。然而,就在近些年来,由于在平流层内所运行的一些飞行器也在日益的增多,同时在人类活动当中所产生的一些痕量气体如NO。和氯氟烃等直接进入了平流层,致使一些臭氧层遭到严重的破坏,以致于在南极上空则出现了一些臭氧空洞。从而导致大气当中一些臭氧的减少和耗竭的物质,主要是在平流层内超音速飞机所排放的大量NO。以及人类进行大量生产与使用的氯氟烃化合物(氟利昂),如CFCl3(氟利昂-11)、CF2Cl2(氟利昂-12)等。在1973年,全球的这两种氟利昂的产量则高达480万,因此其大部分都进入了低层大气,其次再进入一些臭氧层。氟利昂在对流层内当中的性质相对稳定,但进入一些臭氧层之后,极易与一些臭氧发生不同的反应而去消耗一些臭氧,以致于去降低一些臭氧层当中的O3浓度。


臭氧层破坏的原因,是以催化的方式进行的



臭氧层破坏的原因,立即引起了科学界及整个国际社会的高度重视。科学家需要对这一问题的许多现象和特征进行探索,如臭氧洞为什么发生在南极地区?为什么臭氧损耗的规模如此之大?为什么每年的南极臭氧洞发生在春季?对于这些涉及臭氧损耗的地域性、季节性及其规模的定性和定量研究,是自南极臭氧洞被发现之后的科学热点。最初对南极臭氧洞的出现有过三种不同的解释,一种认为,南极臭氧洞的发生是因为对流层的低臭氧浓度的空气传输到达平流层,稀释了平流层臭氧的浓度;第二种解释认为,南极臭氧洞是由于宇宙射线的作用在高空生成氮氧化物的结果;此外,美国科学家莫里纳(molina) 和罗兰德(rowland) 提出,人工合成的一些含氯和含溴的物质是造成南极臭氧洞的元凶,最典型的是氟氯碳化合物(cfcs,俗称氟里昂)和含溴化合物哈龙(halons)。越来越多的科学证据否定了前两种观点,而证实氯和溴在平流层通过催化化学过程破坏臭氧是造成南极臭氧洞的根本原因。



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      臭氧层破坏的原因,氟里昂和哈龙是怎样进入平流层,又是如何引起臭氧破坏的呢?就重量而言,人为释放的cfcs 和halons的分子都比空气分子重,但这些化合物在对流层是化学惰性的,即使最活泼的大气组分—自由基对cfcs 和halons的氧化作用也微乎其微,完全可以忽略。因此它们在对流层十分稳定,不能通过一般的大气化学反应去除。经过一两年的时间,这些化合物会在全球范围内的对流层分布均匀,然后主要在热带地区上空被大气环流带入到平流层,风又将它们从低纬度地区向高纬度地区输送,在平流层内混合均匀。



      臭氧层破坏的原因,在平流层内,强烈的紫外线照射使cfcs 和halons分子发生解离,释放出高活性的原子态的氯和溴,氯和溴原子也是自由基。氯原子自由基和溴原子自由基就是破坏臭氧层的主要物质,它们对臭氧的破坏是以催化的方式进行的:溴原子自由基也是以同样的过程破坏臭氧,因此,也是催化剂。据估算,一个氯原子自由基可以破坏104—105个臭氧分子,而由halon释放的溴原子自由基对臭氧的破坏能力是氯原子的30—60倍。而且,氯原子自由基和溴原子自由基之间还存在协同作用,即二者同时存在时,破坏臭氧的能力要大于二者简单的加和。但是,上述的均相化学反应并不能解释南极臭氧洞形成的全部过程。



      臭氧层破坏的原因,深入的科学研究发现,臭氧洞的形成是有空气动力学过程参与的非均相催化反应过程。所谓非均相,是指大气中除气态组分外,还有固相和液相的组分。人们对大气中存在云、雾和降雨等早已司空见惯,但这种现象一般发生在对流层。平流层干燥寒冷,空气稀薄,较少出现对流层这些天气现象。但在冬天,南极地区的温度极低,可以达到零下80 oc, 这样极端的低温造成两种非常重要的过程,一是极地的空气受冷下沉,形成一个强烈的西向环流,称为“极地涡旋”(polar vortex)。该涡旋的重要作用是使南极空气与大气的其余部分隔离,从而使涡旋内部的大气成为一个巨大的反应器。另外,尽管南极空气十分干燥,极低的温度使该地区仍有成云过程,云滴的主要成分是三水合硝酸(hno33h2o)和冰晶,称为极地平流层云(polar stratospheric clouds)。



      臭氧层破坏的原因,实际上,当cfcs 和halons进入平流层后,通常是以化学惰性的形态(clono2和hcl)而存在,并无原子态的活性氯和溴的释放。南极的科学考察和实验室的研究都证明,化学惰性的clono2和hcl 在平流层云表面会发生以下化学反应生成的hno3 被保留在云滴相中。当云滴成长到一定的程度后将会沉降到对流层,与此同时也使hno3从平流层去除,其结果是造成cl2 和hocl 等组分的不断积累。



      臭氧层破坏的原因,cl2 和hocl 是在紫外线照射下极易光解的分子,但在冬天南极的紫外光极少,cl2 和hocl的光解机会很小。当春天来临时,阳光返回南极地区,太阳辐射中的紫外射线使cl2 和hocl开始发生大量的光解,产生前述的均相催化过程所需的大量的原子氯,从而造成严重的臭氧损耗。氯原子的催化过程可以解释所观测到的南极臭氧破坏的约70%,另外,氯原子和溴原子的协同机制可以解释大约20%。


臭氧层的作用


臭氧层的作用,就是指臭氧层在离地面约20到30公里处,它在地球上空所形成的一把保护伞,同时它也会将太阳光当中99%的紫外线直接过滤掉,这对于地球上生命的主要生存十分的重要。 由于过量的紫外线会使人和动物的免疫力相对下降,因为最明显的表现还是导致皮肤癌的发病率极速增高,甚至会使动物和人的眼睛严重失明。由于植物和微生物之间会因为承受不了一些紫外线的强烈照射而死亡。因此在海洋当中直接受到这种侵害的就是一些浮游生物,当海洋当中的浮游生物可以大量的去吸收一些温室气体时。如此,就会形成一个恶性的循环。因为浮游生物的死亡又会产生一些连锁反应,从而会致使海洋当中的一些其它生物相继死亡,并最终将会影响人类的一些活动。由于臭氧是无色气体,同时他还会具有一些特殊的臭味,因此而得名臭氧。


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       臭氧层的作用,主要由太阳所飞出的一些主要带电粒子直接进入大气层,使氧分子直接裂变成氧原子,然而部分的氧原子与氧分子又重新结合成臭氧分子。在它距地面15~50千米度高度的一个大气平流层,大量的集中了地球上约90%的一些臭氧,因此这就是臭氧层。由于地球上的一切生物只要离开太阳光就会没有生命。因为太阳光是由可见光、紫外线、红外线等三部分所组成的。在进入大气层当中的一些太阳光(包括紫外线)有55%可穿过大气层直接照射到大地与海洋,其中40%为可见光,因为它是绿色植物并具有光合作用的主要动力。5%是波长100~400纳米的紫外线,而紫外线又分为长波、中波、短波紫外线,长波紫外线又能够杀菌。但是波长为200~315纳米的中短波紫外线对人体和生物十分的有害。当它直接穿过平流层时,绝大部分都将被臭氧层直接吸收。因此,臭氧层就成为地球上的一道天然屏障,并能够使地球上的生命免遭强烈的紫外线所伤害。然而,近10多年以来,地球上的一些臭氧层正在遭到十分严重的破坏。


      臭氧层的作用,臭氧层是指在大气层当中的平流层中臭氧浓度相对较高的一些部分,其主要的作用就是能够直接吸收短波紫外线。由于大气层当中的臭氧主要以紫外线去打击双原子当中的氧气,同时把它分为两个原子,然后在每个原子和没有分裂的氧合并成一个臭氧。由于臭氧分子极其不稳定,因此紫外线照射之后又分为氧气分子和氧原子,从而形成一个继续的过程臭氧氧气循环,如此就会产生臭氧层。由于自然界当中的一些臭氧层大多都分布在离地20-50千米的高空。因此在臭氧层当中的臭氧主要是为紫外线所制造。在2011年的11月1日,日本气象厅所发布的一则消息称,今年以来所测到的南极上空臭氧层空洞面积的最大值早已经远远超过去年,这也就相当于过去10年的一个平均水平值。



      臭氧层的作用,在自然界当中的臭氧,大多都分布在距地面20Km--50Km的大气当中,因此我们称之为臭氧层。由于臭氧层当中的臭氧主要是在紫外线当中所制造出来的。因为大家都知道,太阳光线当中的紫外线主要分为长波和短波两种,当大气当中(含有21%)的氧气分子受到一些短波紫外线所照射时,氧分子就会分解成原子状态。由于氧原子的不稳定性极强,而且极易产生与其他物质所发生反应。如与氢(H2)反应生成水(H2O),与碳(C)反应生成二氧化碳(C02)。同样的,与氧分子(O2)反应时,也就会形成了一些臭氧(O3)。当臭氧形成之后,由于其比重远远大于一些氧气,因此才会逐渐的向臭氧层当中的底层降落,在降落的整个过程当中也会随着温度的变化(上升),由于臭氧的不稳定性愈趋明显,再加上受到一些长波紫外线的照射,从而再度还原为氧。因此臭氧层就是保持了这种氧气与臭氧相互转换的一种动态平衡。


      臭氧层的作用,就是通过人为的消耗一些臭氧层当中的物质主要是能够广泛用于冰箱和空调的制冷、泡沫塑料发泡、电子器件清洗的氯氟烷烃(CFCs)以及用于极其特殊的场合灭火的溴氟烷烃(Halons哈龙)等一些化学物质。





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