臭氧层空洞( 四 ) _生活百科

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图注：南极上空臭氧层空洞本次化学讲座由美国科维理基金会承办，美国国家大气研究中心颇受尊敬的大气科学家苏珊-所罗门(Susan Solomon)发表了演说。所罗门表示，多年来，在科学家、公众人士、工业界和政策制定者的共同努力下，阻止臭氧层耗损是科学界最大的成就之一，但问题依然存在，臭氧仍在继续消失。即使研究臭氧这幺长时间了，我们仍然有许多需要解决的难题。她说：“我们已不再生产造成臭氧层空洞的主要化学物质；氟氯烃（chlorofluorocarbons,CFCs），又名氟里昂。但氟氯烃在大气的对流层中是非常稳定的，可以停留很长时间，所以臭氧层损耗还会持续几十年。究竟含氯化合物是如何破坏南极上空臭氧层的？我们试图解开这个谜题。”臭氧层对地球生命至关重要，可形成一个保护层，对太阳紫外线有阻挡作用，所以臭氧层犹如一把保护伞保护地球上的生物得以生存繁衍。自然界中的臭氧层大多分布在离地20—50千米的高空。20世纪70年代人们才开始意识到人类活动威胁到了臭氧层，德国马克斯普朗克化学研究所的国际着名大气化学家保罗·克鲁岑(Paul Crutzen)就提出过警告，农用化肥可能会降低臭氧水平。随着人类活动的加剧，地球表面的臭氧层出现了严重的缺失，1974年被美国加利福尼亚大学的教授弗兰克·舍伍德·罗兰（Frank Sherwood Rowland和马里奥-穆连(Mario Molina)发现。他们介绍了气溶胶和其它产品中含有的氯氟烃如何破坏臭氧层。这三位科学家因臭氧化学的杰出研究共享1995年的诺贝尔化学奖。1985年，英国科学家发现了南极臭氧层的一个“洞”，完全出乎意料，表明南极上空的臭氧层受到严重破坏。所罗门于1986年赴南极进行臭氧探险活动，寻求揭示臭氧空洞形成的机理，找到了一些确凿证据，自那以后，全球禁止氯氟烃和其它消耗臭氧层的物质的使用。有证据表明，臭氧耗损已停止进一步恶化。所罗门说：“我们可以把臭氧层当成一个病人来看待，目前他在缓解期，说他已恢复病情为时尚早。”北极上空臭氧出现40%的损耗，由于在公布禁令之前释放到空气中的氯氟烃等消耗臭氧层的物质一直停留在地球上空，慢慢对臭氧层发生了破坏作用。所罗门还谈论了化学物质与气候变化的关係，并描述了这些物质如何导致全球气候变暖。所罗门说：“在过去1000年的时间里，二氧化碳是迄今为止人类所产生的最重要的温室气体，但也有其它一些气体，如全氟化合物，同样会影响我们的气候。”排放到空气中的二氧化碳等温室气体增多，导致地球的温度持续上升。全球变暖导致海平面上升，并可能导致一些地区成为乾旱地区。通过对全球气候变暖问题的探讨，使科学家研究出如何减少温室气体排放的方法，如何适应气候变化和通过“地球工程(geoengineer)”来改变气候状况的可能性。据悉，“地球工程”技术是科学家为缓解全球变暖而正在考虑实施的一些巨大工程，这些所谓的“地球工程”包括：发射反光板到太空挡走阳光、造云阻挡阳光、人工製造巨型“树木”，用以过滤二氧化碳、人造“火山”向空中释放硫化物用以反射阳光等，但不论环保界和主流科学界都认为，当务之急是防止出现温室效应及减少温室气体排放，对这些地球工程学，大规模改变地球环境以适应人类的怪招都不支持。在美国科罗拉多州会议中心韦尔斯法戈大剧院（Wells Fargo Theatre）举办。此次讲座因迫切需要而设，科学家面临太多世界难题的挑战，包括气候变化、新出现的疾病、以及水和能源短缺。科维理基金会主席罗伯特（Robert W. Conn ）在一份声明中说：“我们致力于推进科学进步造福人类，促进公众了解科学研究，以及支持科学家和他们的工作。” 科维理基金会是国际公认的慈善组织，其基本的理念是支持基础科学研究和科学创新。本次讲座是科维理基金会举办的首次化学讲座，以后将会有更多类似的讲座，将持续到2013年。科学家将宣传“超乎寻常”的科学思维模式，使大众支持并参与解决气候变化、新出现的疾病，以及水和能源短缺等世界难题。自从发现在南极上空存在臭氧空洞以后，为了查实和弄清臭氧层耗减及臭氧空洞形成的原因，数十个科学家几次赴南极进行臭氧探险活动，寻求揭示臭氧空洞形成的机理，终于获得了有效的探测结果，由此推理出臭氧空洞形成的机理。人类所排放的氟氯烃主要在北半球，这种不溶于水和不活泼的气体，在头1至2年内在整个大气层下部并与大气混合。这种含有氟氯烃的大气从底部向上升腾，一直到达赤道附近的平流层。然后分别流向两极，这样经过整个平流层的空气几乎都含有相同浓度的氟氯烃，然而由于地球表面的巨大差异，两极地区的气象状况是完全不同的。南极是一个非常广阔的陆地板块，周围又完全被海洋所包围，这种自然条件下产生了非常低的平流层温度。在南极黑暗酷冷的冬季(6至9月)，下沉的空气在南极洲的山地受阻，停止环流而就地旋转，吸入周围的冷空气，形成“极地风暴旋涡”，这股“旋涡”上升到20千米高空的臭氧层，由于这里温度非常低，形成了滞留的“冰云” 。“ 冰云”中的冰晶微粒把空气中带来的氟氯烃和溴氟烷烃等化学物质吸收在其表面，并不断积聚其中。当南极的春季来临(9月下旬)，阳光照向“冰云”时，冰晶溶化，释放出吸附的氟氯烃和溴氟烷烃。它们受到紫外线UV-C照射，分解出Cl·和Br·并与臭氧反应生成CIO·和BrO·消耗臭氧。由于冰晶的吸附作用，积累的氟氯烃和溴氟烷烃在一段时间发生各种各样的化学变化，促成了每年9至11月臭氧快速耗减，在特定高度臭氧几乎完全消失，导致臭氧空洞形成。随着夏季的到来，南极臭氧层得到逐渐恢复，然而臭氧减少的空气可以传输到南半球的中纬度，造成全球规模的臭氧减少。所以南极臭氧空洞现象每年冬天和春天都会出现。人为消耗臭氧层的物质主要是：广泛用于冰柜和空调製冷、泡沫塑胶发泡、电子器件清洗的氟氯烃以及用于特殊场合灭火的溴氟烷烃等化学物质。国际社会为了保护臭氧层，将这些消耗臭氧层物质列入淘汰或受控制使用的名单中。消耗臭氧层的物质，在大气的对流层中是非常稳定的，可以停留很长时间，以CFC12为例，它在对流层中寿命长达120年左右，因此这类物质可以扩散到大气的各个部位，但是到了平流层后，就会被太阳的紫外辐射分解，释放出活性很强的游离氯原子或溴原子，参与导致臭氧损耗的一系列化学反应：游离的氯原子或溴原子与O3分子反应，产生氯或溴的一氧化物，夺走O3分子的一个氧原子，使之变成氧分子。氯或溴的一氧化物与游离的氧原子反应，释放“夺来”的氧原子，形成更多的氧分子和游离氯原子或游离溴原子，新的游离氯原子或溴原子重新与其它O3分子反应，再度生成O2分子和氯或溴的一氧化物，这样的反应循环不断，每个游离氯原子或溴原子可以破坏约10万个O3分子，这就是氯氟烃或溴氟烷烃破坏臭氧层的原因。臭氧层被大量损耗后，吸收紫外辐射的能力大大减弱，导致到达地球表面的紫外线明显增加，给人类健康和生态环境带来多方面的的危害，同时对对流层大气组成和空气品质也有影响。阳光紫外线UV-B的增加可引发和加剧眼部疾病、皮肤癌和传染性疾病。如果不对紫外线的增加採取措施，UV-B辐射的增加将导致大约1800万例白内障病例的发生。世界气象组织和科研机构将运用地面臭氧观测、气球探测仪、卫星和气象数据，密切关注臭氧空洞的发展情况。研究据日本NHK电视台网站10月25日报导，日本气象厅日前宣布，南极上空臭氧层空洞已经缩至25年来最小，但强调这并不代表臭氧层正在恢复。