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臭氧层

2013-11-4 11:00|查看:2193|评论:0|字体: 繁体

臭氧层是指大气层平流层中臭氧浓度相对较高的部分,主要作用是吸收短波紫外线。 臭氧层密度不是很高,如果它被压缩到对流层的密度,它会只有几毫米厚了。

 

大气层的臭氧主要被紫外线打击成双原子的氧气(dioxide),把它分为两个原子,然后每个原子和没有分裂的O2合并成臭氧。臭氧分子不稳定,紫外线照射之后又分为氧气分子O2和氧原子,形成一个继续的过程臭氧氧气循环,如此产生臭氧层。

 

地球大气层的分层

 

地球大气层的分层

 

形成

 

臭氧层破坏

 

地球各地臭氧层密度大不相同,在赤道附近最厚,两极变薄。北半球的臭氧层厚度每年减少4%。现在大约4.6%的地球表面没有臭氧层,这些地方成为臭氧层空洞,大多在两极之上。

 

臭氧层中,臭氧与氧气的循环

 

臭氧层中,臭氧与氧气的循环

 

氟里昂破坏观点

 

有些学者认为:

 

臭氧层在氯原子,氟原子和溴原子附近会被毁坏。这些元素含在很稳定的氟氯烃(CF2Cl2,如氟里昂,和一种很常用的汽油添加剂)中。这些气体分子升到同温层,在紫外线照射之后,分解成各种单元素气体,破坏臭氧。这些气体比空气重,最终会降落到地球表面,和有机物质反应之后被吸收。但是在同温层已经破坏了很多臭氧。氯气破坏性最大,可以破坏它十万倍的臭氧。

 

1973年,美国化学家马里奥·莫利纳首次提出氟里昂对臭氧层有影响。氟里昂是一种氟氯烃,在冰箱和空调器中已经做了20多年的制冷剂。但是当时没有学者测试臭氧层厚度,也没有多少臭氧层研究,各国政府没有在意。

 

臭氧层空洞是在做南极研究时逐步发现。这些研究在地面和空中一起测量,由各国合作测量。最著名的是1987年代表19个组织和四个国家,在智利的蓬塔阿雷纳斯,进行的一项大规模研究,即机载南极臭氧实验。这项实验表明1987年臭氧洞大小达到历史最大,引起科学界和政界的注意。

 

同时持氟里昂破臭氧层观点的学者认为,南极上空之所以会出现臭氧层空洞是因为当地的极度寒冷所至。他们认为云层中粒子无论属何性质,由什么构成,当其表面温度低于-73摄氏度时,任何形式存在的氯转都会发生转变为活性氯的化学反应。当南极洲处于暖季(11月~3月)时,南极上空臭氧层中的氯化合物只受到太阳紫外线辐射的影响,分解缓慢。但当进入酷寒的冬季(4~10月),其气温可达-88.3摄氏度,云层中冰冷的粒子此时便成了释放活性氯的化学反应的催化剂,这就更大破坏了南极上空臭氧,因此出现臭氧层空洞。

 

太阳风及地球磁场观点

 

现在有科学家认为臭氧层的变化并非全是人类活动的结果。太阳射线的影响也许是现在臭氧层分布状况的根源。而具体到不同地区会有不同的影响。

 

积极方面

 

在赤道地区,太阳辐射将平流层之上的氧原子激活,产生臭氧。根据这个理论,太阳辐射强的时候,臭氧会增加,而统计资料证实了这一点。由于在赤道上磁力线方向于大气层方向平行,所以这里的辐射实际上较两极地区要小。

 

消极方面

 

在地球的两极地区由于地球磁场弯曲,太阳风的高能粒子(以裸露的氢原子核为主)会沿磁力线集中到两极,冲击臭氧,并使其结合为水。这个理论很好的解释了为什么两极地区出现严重的臭氧层空洞。而且也可以解释,在冬季空洞的面积更大,因为冬季地球距离太阳更近,受到的辐射更强。而地球磁场减弱的观点也可以解释现在的臭氧层受到的破坏更严重。

 

冲突

 

以上争议的观点仅在提出臭氧层空洞的一个成因,并不能推翻氯作为臭氧层的分解催化剂的结论。可以说两类观点的冲突仅存在于哪个理论的因素更大,更主要。

 

臭氧层破洞

 

臭氧层破洞,2006年9月

 

臭氧层保护

 

1978年1月23日,瑞典取缔可能破坏臭氧层的湿剂喷灌。

 

1987年,美国和联合国许多成员签署了1996年停止生产CFC的国际公约,《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》。

 

1999年12月3日《蒙特利尔议定书》北京修正案通过。中国订法,要在2010年停止使用各种受控物质。

 

2003年8月3日,科学家宣布臭氧层破坏速度可能减慢,停止生产CFC生效 三颗卫星和三个地面测试站都认为臭氧层破坏速度在近十年减慢很多。

 

2009年11月30日 科学家新发现臭氧层破洞保护了南极,因为破洞引发空气流动的循环变化,使得南极地区的风力较以往增强百分之十五,该强风有效地把地球暖化来的影响隔离;因此除了南极西部之外,南极大陆大部分地区可免于地球暖化的伤害,并由观察由1980年代起,有些地方的冰已增加了百分之十。不过南极大陆西部并没有受到保护,仍受到地球暖化的严重冲击,造成冰山融化崩落。

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