5.4臭氧层破坏

2018-04-15 作者： 王麟生；戴立益

5.4臭氧层破坏

5.4.1卤素及其化合物

卤素及其化合物,包括卤代烃、其他含氯化合物和氟化物。Www.Pinwenba.Com 吧人为源主要来自生产卤素及其化合物的化工厂所排放的废气。含卤素的无机污染物主要有Cl2、F2、HCl和HF等,氯气主要有化工厂、塑料厂、自来水净化厂产生,火山活动也排放一定量的氯气。

矿石中含有卤化物,燃烧过程中则以HX的形式排放,溶于水形成氢卤酸,是形成酸雨的又一组分。

氟化物包括氟化氢、氟化硅、氟硅酸、氟气等,污染源来自使用萤石、冰晶石、磷矿石的炼铝厂、磷肥厂、炼钢厂、玻璃厂、火箭燃料厂等。如炼铝时使用萤石(CaF2),有氟、氟化氢及其他挥发性氟化物排放,磷矿石(3Ca3(PO4)2·CaF2)制磷肥时也有氟化氢、氟化硅、氟硅酸排放。都是大气中卤化物污染物的来源。

含卤素的有机挥发物,如卤代烃,天然来源如甲基氯、甲基溴、甲基碘等,主要来源于海洋,在对流层与OH自由基反应。人为源如三氯甲烷、氯乙烷、四氯化碳、氯乙烯等在用作溶剂过程中挥发进入大气。一些卤代烃作为农药如DDT、六六六,以及多氯联苯等分散在环境中,不易分解。

氟氯烃类(CFCs)物质如作为喷气推进剂的CFCl3及作为制冷剂的CF2Cl2(氟利昂),被广泛应用于制冷剂、气溶胶喷雾剂、电子工业中的溶剂、制造塑料的泡沫发生剂和消防灭火剂等。这是一些化学惰性物质,在对流层中不易降解,随大气运动扩散对流上升至平流层中,受高能紫外光作用,发生光化学反应,其结果可破坏臭氧层。

哈龙(Halon),就是我们平常说的哈龙1211和哈龙1301的商品名称,它属于一类称为卤代烷的化学品,主要用于灭火剂。它通过破坏燃烧或爆炸的复杂的化学链式反应来达到灭火的目的而在消防行业广泛使用。人们用哈龙灭火器救火或训练时,哈龙气体就自然排放到大气中。哈龙含有氯和溴,在大气中受到太阳光辐射后,分解出氯、溴的自由基,这些化学活性基团与臭氧结合夺去臭氧分子中的一个氧原子,引发一个破坏性链式反应,使臭氧层遭到破坏,从而降低臭氧浓度,产生臭氧空洞。哈龙在大气中的存活寿命长达数十年,它在平流层中对臭氧层的破坏作用比氟利昂还要大得多。

5.4.2大气污染物对平流层臭氧层的破坏

O3在大气中的浓度不高,平均浓度约为300ppbv,90％存在于平流层中形成臭氧层,仅10％分布在对流层中。平流层中离地面25千米左右,O3的浓度达到最大值,形成厚度约20千米的O3层,O3能强烈吸收波长200—300纳米的太阳紫外辐射,因此O3层在防止紫外线对地球生物的危害中起着十分重要的作用。

平流层中O3的产生主要是太阳光把分子氧(O2)分解成原子氧(O),O2+hv( <243nm)O+O(1)O+O2+MO3+M(M为N2或O2分子)(2)平流层中O3的消除则主要是O3的光解:

O3+hv( <300nm)O2+O(3)实际上,反应(3)并未真正消除O3,因为光解产生的原子氧(O)又很快与O2反应重新生成O3,正是由于反应(2)与反应(3)反复交替进行,吸收掉大量的短波紫外辐射,对地球生物起了保护作用。

另外一个消除O3的反应是:

O3+OO2+O2(4)平流层中的O3处于一种动态平衡中。即在同一时间里,太阳光使O2分解而生成O3的数量与O3经过一系列反应重新形成O2分子的数量是相等的。

但近年来发现,平流层中一些具有未成对电子的活性物质如NOx、HO·、Cl·等对反应(4)能起催化作用。

如:NO+O3NO2+O2NO2+ONO+O2总反应为:O3+OO2+O2HO·+O3HO2·+O2HO2·+OHO+O2总反应为:O3+OO2+O2Cl·+O3ClO·+O2ClO·+OCl·+O2总反应为:O3+OO2+O2在平流层中,O3的浓度是10-6数量级的。上述各类活性物质的浓度则仅是10-9数量级或更小。单次反应对O3的影响本来是微不足道的。但这些物质与O3的反应是按上述循环方式进行的,即每一个活性粒子可反复多次与O3发生反应,其影响就很大,从而加快了O3的消除。

平流层中这些活性物质来自天然源和人为污染源。

NOx的天然来源主要是N2O的氧化,而N2O则来自全球的氮循环。土壤中的含氮化合物经过反硝化细菌的作用,还原成N2和N2O排入大气。N2O的化学性质很稳定,随气流升入平流层。在平流层里发生光解,生成激发态氧原子O(′D)。

N2O+hvN2+O(′D)′D为激发态原子,O(′D)使N2O氧化,生成NON2O+O(′D)NO+NO所以N2O是平流层中NOx的主要来源。

OH·则是由对流层上升入平流层的H2O蒸汽、CH4、H2等被O(′D)氧化产生的。