宋第六章平流層臭氧

1、第六章第六章 平流層臭氧平流層臭氧1 臭氧層形成與損耗的化學(xué)反應(yīng)臭氧層形成與損耗的化學(xué)反應(yīng)2 臭氧層耗損物質(zhì)臭氧層耗損物質(zhì)3 替代化合物替代化合物4 替代物對平流層臭氧的影響替代物對平流層臭氧的影響5 替代物的臭氧損耗潛勢替代物的臭氧損耗潛勢平流層臭氧平流層臭氧臭氧層存在于平流層中，主要分布在距地面 15-35 km范圍內(nèi)，濃度峰值在20-25km處。由于臭氧層能夠吸收99%以上來自太陽的紫外輻射（240320nm），從而保護(hù)了地球上的生物不受其傷害。臭氧層的形成與損耗的化學(xué)反應(yīng)臭氧層的形成與損耗的化學(xué)反應(yīng)1 、清潔大氣中：清潔大氣中：O3 的形成的形成 O2 + hv 2O（200nm） O

2、 + O2 + M O3 + M 總反應(yīng)總反應(yīng) ： 3O2 + hv 2O3 2、O3 的猝滅的猝滅 O3 + hv O + O2（240-320nm） O3 + O 2O2 兩種反應(yīng)動(dòng)態(tài)平衡，維持臭氧層一定厚度。當(dāng)大氣被污兩種反應(yīng)動(dòng)態(tài)平衡，維持臭氧層一定厚度。當(dāng)大氣被污后，導(dǎo)致后，導(dǎo)致 O3 的猝滅，影響的猝滅，影響 O3 的厚度的厚度 。1 、清潔大氣中：清潔大氣中：O3 的形成的形成 O2 + hv 2O（200nm） O + O2 + M O3 + M 總反應(yīng)總反應(yīng) ： 3O2 + hv 2O3 2、O3 的猝滅的猝滅 O3 + hv O + O2（240-320nm） O3 + O

3、2O2 兩種反應(yīng)動(dòng)態(tài)平衡，維持臭氧層一定厚度。當(dāng)大氣被污兩種反應(yīng)動(dòng)態(tài)平衡，維持臭氧層一定厚度。當(dāng)大氣被污后，導(dǎo)致后，導(dǎo)致 O3 的猝滅，影響的猝滅，影響 O3 的厚度的厚度 。1 、清潔大氣中：清潔大氣中：O3 的形成的形成 O2 + hv 2O（200nm） O + O2 + M O3 + M 總反應(yīng)總反應(yīng) ： 3O2 + hv 2O3 2、O3 的猝滅的猝滅 O3 + hv O + O2（240-320nm） O3 + O 2O2 兩種反應(yīng)動(dòng)態(tài)平衡，維持臭氧層一定厚度。當(dāng)大氣被污兩種反應(yīng)動(dòng)態(tài)平衡，維持臭氧層一定厚度。當(dāng)大氣被污后，導(dǎo)致后，導(dǎo)致 O3 的猝滅，影響的猝滅，影響 O3 的厚度的

4、厚度 。1 、清潔大氣中：清潔大氣中：O3 的形成的形成 O2 + hv 2O（200nm） O + O2 + M O3 + M 總反應(yīng)總反應(yīng) ： 3O2 + hv 2O3 2、O3 的猝滅的猝滅 O3 + hv O + O2（240-320nm） O3 + O 2O2 兩種反應(yīng)動(dòng)態(tài)平衡，維持臭氧層一定厚度。當(dāng)大氣被污兩種反應(yīng)動(dòng)態(tài)平衡，維持臭氧層一定厚度。當(dāng)大氣被污后，導(dǎo)致后，導(dǎo)致 O3 的猝滅，影響的猝滅，影響 O3 的厚度的厚度 。 HOx、NOx、ClOx 等是導(dǎo)致等是導(dǎo)致 O3 猝滅的直接原因，猝滅的直接原因，把他們叫做活性物質(zhì)。它們導(dǎo)致把他們叫做活性物質(zhì)。它們導(dǎo)致 O3 猝滅的反應(yīng)如

5、下：猝滅的反應(yīng)如下： OH/HO2循環(huán)破壞循環(huán)破壞 O3 的反應(yīng)的反應(yīng) HO + O3 HO2 + O2 HO2 + O3 HO + 2O2 總反應(yīng)：總反應(yīng)：2O3 3O2 NO/NO2循環(huán)破壞循環(huán)破壞 O3 的反應(yīng)的反應(yīng) NO + O3 NO2 + O2 NO2 + O NO + O2 總反應(yīng)總反應(yīng): O3 + O 2O2 Cl/ClO 破壞破壞 O3 的反應(yīng)的反應(yīng) Cl + O3 ClO + O2 ClO + O Cl + O2 總反應(yīng)：總反應(yīng)：O3 + O 2O2 H/OH循環(huán)破壞循環(huán)破壞 O3 的反應(yīng)的反應(yīng) H + O3 OH + O2 OH + O H + O2 總反應(yīng)總反應(yīng): O

6、+ O3 2O2 在約在約30km高度，對臭氧起分解作用的相對速高度，對臭氧起分解作用的相對速率大小順序?yàn)椋郝蚀笮№樞驗(yàn)椋篘O/NO2循環(huán)循環(huán) Cl/ClO循環(huán)循環(huán)OH/HO2循環(huán)循環(huán) H/OH循環(huán)循環(huán)活性物質(zhì)（臭氧層耗損物質(zhì)）來源主要是：(1) NO的來源：(a) N2O 氧化 N2O + O 2NO NO + O3 NO2 + O2(b) 飛機(jī)排出 NO(2) HO的來源： H2O + O 2HO CH4 + O CH3 + HO H2 + O H + HO (3) Cl 的來源： (海洋生物產(chǎn)生) CH3Cl CH3 + Cl (人工合成的氟氯烴類化合物) CFCl3+ hv CFCl2

7、 + Cl CF2Cl2 + hv CF2Cl + Cl 人們使用冰箱、空調(diào)時(shí)釋放出的氟氯烴化人們使用冰箱、空調(diào)時(shí)釋放出的氟氯烴化合物，通過光化學(xué)反應(yīng)大量消耗臭氧。合物，通過光化學(xué)反應(yīng)大量消耗臭氧。A、增加皮膚癌，主要是黑色素癌；增加皮膚癌，主要是黑色素癌；B、損害眼睛，增加白內(nèi)障患者；損害眼睛，增加白內(nèi)障患者；C、削弱免疫力，增加傳染病患者；削弱免疫力，增加傳染病患者；2）破壞生態(tài)環(huán)境）破壞生態(tài)環(huán)境 和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)A、農(nóng)產(chǎn)品減少及其品質(zhì)下降，農(nóng)產(chǎn)品減少及其品質(zhì)下降，B、減少漁業(yè)產(chǎn)量，減少漁業(yè)產(chǎn)量，C、使塑料等高分子聚合物加速老化使塑料等高分子聚合物加速老化減少并禁止氟氯烴等物質(zhì)的排

8、放減少并禁止氟氯烴等物質(zhì)的排放研制新型的制冷系統(tǒng)研制新型的制冷系統(tǒng)毫無阻擋毫無阻擋2.臭氧層耗損物質(zhì) （1）氟氯烴類化合物）氟氯烴類化合物美國人首先通過下面反應(yīng)首次合成了美國人首先通過下面反應(yīng)首次合成了CFC-12CCl4+2HF+催化劑 CF2Cl2+2HCl 在早期，某些氟氯烴類化合物被用于替代在早期，某些氟氯烴類化合物被用于替代NH3和和SO2作制冷作制冷劑，由于氯氟烴化合物具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性、不燃性和對劑，由于氯氟烴化合物具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性、不燃性和對人體安全，發(fā)展成為除大量用于家用和商用冷藏、冷凍、空人體安全，發(fā)展成為除大量用于家用和商用冷藏、冷凍、空調(diào)等設(shè)備的調(diào)等設(shè)備的制冷劑制

9、冷劑，還廣泛用于聚氨酯、聚苯乙烯等的，還廣泛用于聚氨酯、聚苯乙烯等的發(fā)泡發(fā)泡劑劑，氣溶膠的，氣溶膠的噴霧劑噴霧劑、工業(yè)用、工業(yè)用清洗劑清洗劑及及服裝干洗劑服裝干洗劑等。等。臭氧層耗損物質(zhì) （2）哈龍類化合物（含溴化合物）哈龍類化合物（含溴化合物）含溴化合物主要是含溴化合物主要是Halon-1211和和Halon-1301，能做成卓越的滅火器，對電器的滅火非常有用。能做成卓越的滅火器，對電器的滅火非常有用。光解釋放的溴原子能引發(fā)臭氧分解的鏈反應(yīng)，與光解釋放的溴原子能引發(fā)臭氧分解的鏈反應(yīng)，與氯原子引發(fā)的反應(yīng)類似。氯原子引發(fā)的反應(yīng)類似。臭氧層耗損物質(zhì) （3）其他化合物）其他化合物 甲基溴甲基溴CH3

10、Br也是一種臭氧層損耗物質(zhì)。主要也是一種臭氧層損耗物質(zhì)。主要用做土壤熏劑，是一種農(nóng)藥；同時(shí)海洋生物過用做土壤熏劑，是一種農(nóng)藥；同時(shí)海洋生物過程和森林火災(zāi)也有程和森林火災(zāi)也有CH3Br排放進(jìn)入大氣。排放進(jìn)入大氣。3 替代化合物 氟氯烴類化合物氟氯烴類化合物CFCs，主要作為冰箱和空調(diào)，主要作為冰箱和空調(diào)的制冷劑、塑料泡沫材料的發(fā)泡劑等，是破壞的制冷劑、塑料泡沫材料的發(fā)泡劑等，是破壞臭氧層的主要物質(zhì)，一些含氫的鹵代烴臭氧層的主要物質(zhì)，一些含氫的鹵代烴HCFCs和和HFCs已經(jīng)被用作替代物。已經(jīng)被用作替代物。4 替代物對平流層臭氧的影響 (1)氟原子對臭氧的作用氟原子對臭氧的作用 FO3 FOO2

11、FOO FO2總反應(yīng)：總反應(yīng)： OO3 2O2 FCH4 CH3HF FH2O OHHF下面的反應(yīng)速度更快，而且下面的反應(yīng)速度更快，而且HF不能在平流層光解成不能在平流層光解成F，所以從含，所以從含氟的替代物中釋放出來的氟的替代物中釋放出來的F原子由于迅速轉(zhuǎn)化成原子由于迅速轉(zhuǎn)化成HF而不會(huì)造成對而不會(huì)造成對平流層平流層O3的耗損。的耗損。替代物對平流層臭氧的影響 （2）CF3Ox對臭氧的影響對臭氧的影響在低平流層，以下反應(yīng)很重要：在低平流層，以下反應(yīng)很重要： CF3O+O3CF3O2+O2 （K510-14cm3mol-1s-1） CF3O2+O3 CF3O+2O2（K110-14cm3mol

12、-1s-1）總反應(yīng)：總反應(yīng)： 2O3 3O2替代物對平流層臭氧的影響在中平流層，以下反應(yīng)也能導(dǎo)致臭氧破壞：在中平流層，以下反應(yīng)也能導(dǎo)致臭氧破壞：CF3O+O3CF3O2+O2 CF3O2+O CF3O+O2總反應(yīng)：總反應(yīng)： OO3 2O2 但是還有如下反應(yīng)發(fā)生：但是還有如下反應(yīng)發(fā)生：CF3ONOC(O)F2+FNO (CF3O的永久性匯的永久性匯)CF3OCH4 CF3OHCH3CF3OH 可以分解成可以分解成CF3O或或CF3，但是不重，但是不重要，主要是傳輸至對流層。要，主要是傳輸至對流層。所以所以CF3Ox對對O3的破壞不重要，而且永久性匯的破壞不重要，而且永久性匯機(jī)制更進(jìn)一步降低了機(jī)制

13、更進(jìn)一步降低了CF3Ox破壞。破壞。 （3）FC(O)Ox對臭氧層的破壞對臭氧層的破壞含氟替代物的降解產(chǎn)物含氟替代物的降解產(chǎn)物HC(O)F及及C(O)F2能少能少量地光解生成量地光解生成FC(O)自由基，自由基， FC(O)與與O2迅速迅速結(jié)合生成結(jié)合生成FC(O)O2自由基。自由基。FC(O)O2O3 FC(O)O 2O2FC(O)O O3 FC(O)O2O2(K610-14cm3mol-1s-1)總反應(yīng)：總反應(yīng)：2O3 3O2FC(O)O+NO CO2+FNO（FC(O)O的永久性匯的永久性匯）（根據(jù)反應(yīng)速率和平流層中（根據(jù)反應(yīng)速率和平流層中NO和和O3的濃度值，說明的濃度值，說明FC(O)O對對O3的破壞不重要。）的破壞不重要。） 6.ODP(臭氧損耗潛勢臭氧損耗潛勢) Ozone depleting potential，是指單位質(zhì)量，是指單位質(zhì)量某種化合物在整個(gè)壽期內(nèi)破壞平流層臭氧的某種化合物在整個(gè)壽期內(nèi)破壞平流層臭氧的潛在能力