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全球大氣環(huán)境問題（三）臭氧層破壞和防治對策
臭氧層損耗是當(dāng)前又一個人們普遍關(guān)注的全球性大氣環(huán)境問題，因為它同樣直接關(guān)系到生物圈的安危與人類的生存，需要全世界共同采取行動。
1、臭氧層變化與臭氧洞
臭氧（O3）是氧的同素異形體，在大氣中含量很少，但其濃度變化都會對人類健康和氣候帶來很大的影響。
臭氧存在于地面以上至少10km高度的地球大氣層中，其濃度隨海拔高度而異。
平流層中的臭氧吸收掉太陽放射出的大量對人類、動物及植物有害波長的紫外線輻射（240－329納米，稱為UV-B波長），為地球提供了一個防止紫外輻射有害效應(yīng)的屏障。但另一方面，臭氧遍布整個對流層，卻起著溫室氣體的不利作用。
在平流層中臭氧耗損，主要是通過動態(tài)遷移到對流層，在那里得到大部分具有活性催化作用的基質(zhì)和載體分子，從而發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而被消耗掉。臭氧主要是與HOX、NOX、ClOX和BrOX中含有的活潑自由基發(fā)生同族氣相反應(yīng)。
1985年，英國科學(xué)家法爾曼(Farmen)等人首先提出，“南極臭氧洞”的問題。他們根據(jù)南極[[right]][[image1]][[/right]]哈雷灣觀測站(Halley Bay)的觀測結(jié)果，發(fā)現(xiàn)從1957年以來，每年早春(南極10月份)南極臭氧濃度都會發(fā)生大規(guī)模的耗損，極地上空臭氧層的中心地帶，臭氧層濃度已極其稀薄，與周圍相比像是形成了一個“洞”，直徑達上千公里,“臭氧洞”就是因此而得名的。這一發(fā)現(xiàn)得到了許多其他國家的南極科學(xué)站觀測結(jié)果的證實。衛(wèi)星觀測結(jié)果表明，臭氧洞在不斷擴大，至1998年臭氧洞的覆蓋面積已相當(dāng)于三個澳大利亞。而且，南極臭氧洞持續(xù)的時間也在加長。這一切跡象表明，南極臭氧洞的損耗狀況仍在惡化之中。
臭氧層的損耗不只發(fā)生在南極，在北極上空和其它中緯度地區(qū)也都出現(xiàn)了不同程度的臭氧層損耗現(xiàn)象。只是與南極的臭氧破壞相比,北極的臭氧損耗程度要輕得多,而且持續(xù)時間相對較短。我國的科學(xué)工作者（中國氣象科學(xué)院的周秀驥）也報道了在我國的青藏高原存在一個臭氧低值中心。中心出現(xiàn)于每年6月,中心區(qū)臭氧總濃度年遞減率達0.345%,這在北半球是非常異常的現(xiàn)象。
2、臭氧層破壞的原因
對于臭氧層破壞的原因，科學(xué)家們有多種見解。有的認為，這可能跟亞馬遜河地區(qū)不斷出現(xiàn)的森林火災(zāi)有關(guān)；有的認為，臭氧洞之所以出現(xiàn)在兩極，是極地低溫造成的，美國肯塔基大學(xué)的一個科學(xué)小組則認為，臭氧水平可能是隨著太陽黑子活動的自然周期而變化的。但是，多數(shù)科學(xué)家則認為，人類過多使用氟氯烴（CFCS）類物質(zhì)是臭氧層破壞的一個主要原因。
CFCS的形式?jīng)Q定了它們對臭氧層的危害程度。含H的CFCS比不含H的降解得快，對平流層臭氧威脅較小，而像C2H4F2(CFC152a)類不含氯溴的CFCS則對平流層臭氧威脅更小，甚至不構(gòu)成威脅。
BrOX和ClOX破壞臭氧的機理：能產(chǎn)生這兩種自由基的化合物，主要是氟利昂和哈龍。氟利昂是含氟、氯飽和烴的總稱。氟利昂應(yīng)用廣泛，主要用于制冷劑、氣霧劑、發(fā)泡劑和清潔劑等。破壞臭氧的機理主要是氟利昂進入平流層后，在紫外照射下分解出Cl原子基，Cl再與O3發(fā)生鏈反應(yīng)。
哈龍是一類含溴鹵代甲、乙烷的商品名，主要用作滅火劑，破壞臭氧的機理與氟利昂相似，研究表明，進入平流層的哈龍比氟利昂更危險。
3、臭氧層的變化對人類的影響
由于臭氧層被破壞，照射到地面的紫外線B段輻射(UV-B)將增強，預(yù)計UV-B 輻照水平的增加不僅會影響人類，而且對植物、野生生物和水生生物也會有影響。
1) 對人類健康的影響
臭氧層破壞后，人們直接暴露于UV-B輻射中的機會增加了。UV-B輻射會損壞人的免疫系統(tǒng)，使患呼吸道系統(tǒng)的傳染病人增多；受到過多的UV-B輻射，還會增加皮膚癌和白內(nèi)障的發(fā)病率。全世界每年大約有10萬死于皮膚癌，大多數(shù)病例與UV-B有關(guān)。據(jù)估計平流層臭氧每損耗1%，皮膚癌的發(fā)病率約增加2%?？偟膩碚f，在長期受太陽照射的地區(qū)的淺色皮膚人群中，50%以上的皮膚病是陽光誘發(fā)的，即膚色淺的人比其他種族的人更容易患各種由陽光誘發(fā)的皮膚癌。此外，紫外線照射還會使皮膚過早老化。
2) 對植物的影響
一般說來，UV輻射使植物葉片變小，因而減少俘獲陽光進行光合作用的有效面積。有時植物的種子質(zhì)量也受到影響。各種植物對UV輻射的反應(yīng)不同。對大豆的初步研究表明，UV輻射會使其更易受雜草和病蟲害的損害。臭氧層厚度減少25%,可使大豆減產(chǎn)20～25%。
3) 對水生系統(tǒng)的影響
UV-B的增加，對水生系統(tǒng)也有潛在的危險。水生植物大多數(shù)貼近水面生長，這些處于水生食物鏈最底部的小型浮游植物最易受到平流層損耗的影響，而危及整個生態(tài)系統(tǒng)。研究表明，UV-B輻射的增加會直接導(dǎo)致浮游植物、浮游動物、幼體魚類、幼體蝦類、幼體螃蟹以及其它水生食物鏈中重要生物的破壞。研究人員已發(fā)現(xiàn)臭氧洞與浮游植物繁殖速度下降12%有直接關(guān)系，而美國能源與環(huán)境研究所的報告表明，臭氧層厚度減少25%導(dǎo)致水面附近的初級生物產(chǎn)量降低35%，光亮帶(生產(chǎn)力最高的海洋帶)減少10%。
4) 對其它方面的影響
有研究指出，UV-B增加會使一些市區(qū)的煙霧加劇。一個模擬實驗發(fā)現(xiàn)，在同溫層臭氧減少33%，溫度升高4℃時，費城及納什維爾的光化學(xué)煙霧將增加30%或更多。
另一種經(jīng)濟上很重要的影響是，臭氧耗竭會使塑料惡化、油漆退色、玻璃變黃、車頂脆裂。
4、保護臭氧層的對策
我們已經(jīng)知道，氟氯烴類物質(zhì)造成臭氧層的破壞最大，因此，了解其使用與排放情況，找到解決問題的對策，達成國際協(xié)議的基礎(chǔ)，盡快停止使用CFCS。
CFCS主要用于氣溶膠噴霧劑，如制冷劑、發(fā)泡劑和溶劑等。當(dāng)今世界上，從冷凍機、冰箱、汽車到硬質(zhì)薄膜、軟墊家具，以及從計算機芯片到滅火器，都離不開CFCS。CFCS的產(chǎn)量在世界各地極不相同，主要使用量集中在美國及西方工業(yè)化國家。
1) 逐步禁止生產(chǎn)和使用破壞臭氧層的物質(zhì)，從而保護臭氧層免遭破壞。既然破壞臭氧層的物質(zhì)均為人造化學(xué)品，那么完全禁止生產(chǎn)和應(yīng)用這些物質(zhì)是可能的，但是，由于氟里昂在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的重要地位,立即禁止生產(chǎn)和使用是有難度的，因此，國際上采用的辦法是逐步禁止生產(chǎn)和使用這些破壞臭氧層的物質(zhì)。
因此有了著名的《保護臭氧層維也納公約》和《關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書》及《蒙特利爾議定書(修正案)》。我國也在1989年9月加入《維也納公約》。
2) 全球合作
為了使發(fā)展中國家的締約國能夠?qū)嵤┛刂拼胧?，締約國應(yīng)盡力向發(fā)展中國家提供情報及培訓(xùn)機會，并尋求發(fā)展適當(dāng)資金機制，促進以最低價格向發(fā)展中國家轉(zhuǎn)讓技術(shù)和替換設(shè)備。
3) 研究開發(fā)破壞臭氧層物質(zhì)的替代物。由于破壞臭氧層的物質(zhì)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有相當(dāng)重要的地位，限用和禁用上述物質(zhì)就必須研究開發(fā)相應(yīng)的替代物。因為破壞臭氧層的物質(zhì)主要為氟里昂，所以，尋找氟里昂的替代物是研究的重點?，F(xiàn)在比較常用的有：氫氟烴HFC，氫氟烴中不含氯，不破壞臭氧層，在大氣中的降解產(chǎn)物毒性較低，是較理想的替代物。但溫室效應(yīng)較重，而且有些替代品有生產(chǎn)成本高,熱交換性能差、易燃的缺點等。氫氯氟烴HClF，氫氯氟烴的臭氧層破壞系數(shù)低，亦可作為氟里昂的過渡替代物，可用作聚氨酯和絕緣材料的發(fā)泡劑。其它替代物，有氟碘烴FI，其中的C—I鍵很容易吸收紫外線發(fā)生斷裂,不會滯留在大氣層，是很有發(fā)展前途的氟里昂替代物。氟代乙醇、氟代醚、二甲醚、氨、飽和烴作為氟里昂的替代物均有研究和應(yīng)用。氦、空氣、水、二氧化碳及氮等許多天然物質(zhì)在低溫和制冷行業(yè)早有應(yīng)用，應(yīng)該也是比較理想的替代物。
我國上海、青島已開發(fā)出無氟冰箱。日本通產(chǎn)省技術(shù)研究院現(xiàn)已開發(fā)出新一代氟里昂,其分子式為C4H5F7O或C3H3F5O，它既不破壞臭氧層,也不產(chǎn)生溫室效應(yīng)。
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