臭氧层的形成与耗损共27页
环境化学臭氧层的形成与损耗
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（2）极地O3损耗的化学机制 太阳活动学说 大气动力学学说 化学机制说（氟氯化烃）
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从化学机制上主要有：
§氯溴协同机制： Cl• + O3 ClO• + O2 Br• + O3 BrO• + O2 BrO•+ ClO• Cl•+Br• + O2 总反应： 2O3 3O2
O3层破坏主要有三类链反应：HOx•、NOx•、ClOx•。 （1）NOx的催化作用(天然源、飞机排放、宇宙射线) ① 平流层中的N2O
N2O+ O• 2NO NO+O3NO2+O2 ② NOx•清除O3 的催化循环反应 NO + O3 NO2 + O2 NO2 + O• NO + O2 总反应： O• + O3 2O2 ③ NOx•的消除 N•+NO N2+O2 NO2 + O• N2O+ O• 精品课件
臭氧层的形成与损耗
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三、臭氧层的形成与消耗
1、O3 生成与消耗反应方程式
• 生成反应：O2 + h（ 243nm） 2O• O• + O2 + M C+ M
§ 消耗反应：O3 + h（210 290nm） O2 + O• 或者： O• + O3 2O2
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2、O3层破坏的催化反应机理
（3）极地O3损耗的全球大气动力学和气候学机制
为什么仅仅在南极、北极出现臭氧空洞？ 为什么在热带地区的平流层中没有发现臭氧层的破坏？பைடு நூலகம்
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为什么在南极出现臭氧空洞比较大？ ◆从O3的空间分布角度分析：（全球大气动力学） Ø全球O3的空间浓度分布是赤道低、中高纬高。原因？ Ø但在极地的中心O3的浓度又比较低，原因？ Ø而且极地地区极低的气温，不利于O3的合成 ◆从O3合成的时间分布分析：（气候学） Ø冬季的南极，气温极低，漫长的冬季，几乎没有O3的合成发生。 Ø晚东早春，南极的气温达到了最低点，Cl原子的临时储存库 Ø但是由于在南极的漫长冬季里，阳光不会强烈（极夜）， Ø在早春，南极的阳光一下子强烈，大量在冬季累积的HOCl和Cl2导致O3在 短时间内的大量破坏 Ø随着极地的温度逐渐升高南极臭氧精品逐课渐件得到恢复，臭氧空洞就会减少：
臭氧层和消耗臭氧层物质基本知识环保部
01
臭氧层破坏
消耗臭氧层物质在平流层中与臭氧分子反应，导致臭氧层变薄甚至出现
空洞，使紫外线辐射增加，对人类健康和生态环境造成威胁。
02
气候变化
消耗臭氧层物质在大气中会参与气候变化过程，影响全球气候模式。
03
生态影响
消耗臭氧层物质对生态系统的各个层面都有影响，包括植物、动物和微
生物等。例如，紫外线的增加会导致生物多样性的减少和生态系统的失
消耗臭氧层物质的主要来源
工业生产
工业生产过程中使用的制冷剂、发泡 剂、清洗剂等产品中含有消耗臭氧层 物质，如CFCs和HCFCs。
农业用途
燃烧过程
化石燃料的燃烧过程中会产生含氯化 合物，如二噁英等，这些物质也是消 耗臭氧层物质。
农业上使用的杀虫剂、除草剂等化学 物质中也可能含有消耗臭氧层物质。
消耗臭氧层物质对环境的影响
国内政策与法规
中国的《消耗臭氧层物质管理条例》
该条例规定了在中国生产和消费受控物质的管理要求，包括生产和使用许可证制度、配额管理、回收和处置等， 以保护臭氧层。
各省市的臭氧层保护地方性法规
中国各省市根据国家法律法规制定了相应的地方性法规，进一步细化了臭氧层保护的要求，加强了对受控物质使 用的监管。
环保教育的方法与途径
学校教育
将环保教育纳入学校课程，通过课堂教 育、实验、实践活动等方式，向学生传
授环保知识和技能。
家庭教育
家长应该树立正确的环保观念，引导 孩子从小养成环保习惯，培养良好的
环保意识。
社会宣传
利用媒体、网络、宣传栏等渠道，广 泛宣传环保知识和理念，提高公众的 环保意识。
社区参与
组织社区环保活动，鼓励居民参与环 保行动，形成良好的社区环保氛围。
臭氧层的形成与耗损
（b）超音速和亚音速飞机的排放 （c）宇宙射线的分解 这个来源所产生的NOx 数量较少。 ②NOx清除O3的催化循环反应 NO + O3 → NO2 + O2 NO2 + O• → NO + O2 总反应： O3 + O• → 2O2 该反应主要发生在平流层的中上部。
如果是在较低的平流层，由于O•的浓 度低，形成的NO2 更容易发生光解，然 后与O•作用，进一步形成O3： NO2 → NO + O• O• + O2 + M → O3 因此，在平流层底部NO 并不会促使O3 减少。 ③NOx的消除
B类紫外线灼伤称为B类灼伤，这是紫外辐 射最明显的影响之一，学名为红斑病。 B类紫外线也能损耗皮肤细胞中遗传物 质，导致皮肤癌。B类辐射增加还可对 眼睛造成损坏，导致白内障发病率增加。 B类紫外线辐射也会抑制人类和动物的免 疫力。因此B类紫外线辐射的增加，可 以降低人类对一些疾病包括癌症、过敏 症和一些传染病的抵抗力。
（a）由于NO 和NO2 都易溶于水，当 它们被下沉的气流带到对流层时，就可 以随着对流层的降水被消除，这是NOx 在平流层大气中的主要消除方式。 （b）在平流层层顶紫外线的作用下， NO 可以发生光解： NO2 + hν → N• + O• 光解产生的N•可以进一步与NOx 发生 反应：N• + NO → N2 + O• N• + NO2 → N2O + O• 这种消除方式所起的作用较小。
HO2• + HO2• → H2O2 + O2 •OH + •OH → H2O2 •OH + HO2• → H2O + O2 （b）与NOx 的反应 •OH + NO2 + M → HONO2 + M •OH + HNO3 → H2O + NO3 总反应： •OH + NO2 → H2O + NO3 形成的硝酸会有部分进入对流层然后随降 水而被清除。（3）ClOx对臭氧层破坏 的影响 ①平流层中ClOx的来源
大气层中臭氧生成及消耗过程
大气层中臭氧生成及消耗过程大气层是地球上的一个重要保护层，它由数个不同层次组成，其中最重要的层次之一是臭氧层。
臭氧在大气中的生成和消耗过程对于地球的气候和生态系统都具有重要影响。
臭氧层位于地球大气层的同温层，大约位于地球表面以上10至50公里的高空范围内。
臭氧层的主要成分是臭氧分子（O3），它是由三个氧原子组成的。
臭氧层主要存在于大气层中的平流层和同温层之间的臭氧层。
臭氧在大气中的生成主要通过紫外线辐射引起的氧分子光解反应来进行。
当紫外线辐射照射到大气中的氧分子（O2）时，会将氧分子分解成两个独立的氧原子（O）。
这两个氧原子会与其他氧分子结合，形成臭氧分子（O3）。
这个过程被称为臭氧生成反应。
臭氧的生成过程主要发生在同温层的顶部，因为这个区域接受到最强烈的紫外线辐射。
然而，臭氧在大气中也会发生消耗的过程。
大气中的其他化学物质，例如氮氧化物（NOx）、氯氟烃（CFCs）和一氧化氮（NO）等，都可以与臭氧反应，并导致臭氧的消耗。
其中，氮氧化物主要来自于人类活动，例如汽车尾气和工业排放。
氯氟烃主要是一种人造化学物质，广泛应用于冷冻、空调和喷雾剂等产品中。
这些化学物质会在大气中逐渐分解，释放出氯和氟原子，它们与臭氧进行反应，破坏臭氧层。
一氧化氮则主要由火力发电厂和工业的燃烧过程中产生。
这些化学物质中的氮氧化物反应后形成一氧化氮，而一氧化氮与臭氧反应会产生亚氮酸和其他产物，从而导致臭氧消耗。
虽然臭氧在大气中消耗的过程是自然的，但人类的活动加速了这种消耗过程。
大量的氮氧化物和氯氟烃的排放导致臭氧的消耗速度超过了臭氧的生成速度，这也被称为臭氧空洞。
臭氧空洞的存在对地球上的生态系统和人类健康产生了深远影响。
臭氧层的减少会导致紫外线辐射的增加，对植物生长和光合作用产生负面影响，对人类的健康也有潜在危害。
紫外线辐射会对人体的皮肤和眼睛造成伤害，并增加皮肤癌和白内障等疾病的风险。
因此，保护臭氧层是非常重要的。
国际社会通过多边协议，例如蒙特利尔议定书和马德里议定书，禁止使用氯氟烃等有害物质，并控制氮氧化物的排放，以减缓臭氧消耗的速度。
第二章 大气环境化学 (10)臭氧层的形成与耗损
十、臭氧层的形成与耗损1．臭氧层破坏的化学机理平流层中的臭氧来源于平流层中O2 的光解：O2 + hν(λ≤243nm) → O + OO + O2 + M → O3 + M平流层中的臭氧的消除途径有两种①臭氧光解：O3 + hν → O2 + O②能够使平流层的O3 真正被清除的反应为O3 与O 的反应：O3 + O → 2O2由于人类活动的影响，水蒸气、氮氧化物、氟氯烃等污染物进入了平流层，在平流层形成了HO x、NO x 和ClO x 等活性基团，从而加速了臭氧的消除过程，破坏了臭氧层的稳定状态。
（1）平流层中NO x对臭氧层破坏的影响平流层中NO x 主要存在于25km 以上的大气中，其数量约为10μL/m3。
在25km 以下的平流层大气中所存在的含氮化合物主要是HNO3。
①平流层中NO x的来源（a）N2O 的氧化N2O 是对流层大气中含量最高的含氮化合物，主要来自于土壤中硝酸盐的脱氮和铵盐的硝化。
因此，天然来源是其产生的主要途径。
由于N2O 不易溶于水，在对流层中比较稳定，停留时间较长，因此，可通过扩散作用进入平流层。
进入平流层的N2O 有90%会通过光解形成N2：N2O+ hν(λ≤243nm) →N2+O有2%会氧化形成NO：N2O + O → 2NO因此，N2O 在平流层的氧化是平流层中NO 和NO2 的主要天然来源。
（b）超音速和亚音速飞机的排放（c）宇宙射线的分解这个来源所产生的NO x 数量较少。
②NO x清除O3的催化循环反应NO + O3 → NO2 + O2NO2 + O• → NO + O2总反应：O3 + O• → 2O2该反应主要发生在平流层的中上部。
如果是在较低的平流层，由于O•的浓度低，形成的NO2 更容易发生光解，然后与O•作用，进一步形成O3：NO2 → NO + O•O• + O2 + M → O3因此，在平流层底部NO 并不会促使O3 减少。
③NO x的消除（a）由于NO 和NO2 都易溶于水，当它们被下沉的气流带到对流层时，就可以随着对流层的降水被消除，这是NO x 在平流层大气中的主要消除方式。
高空大气层中的臭氧层形成与破坏
高空大气层中的臭氧层形成与破坏在我们头顶上方的高空大气层中，存在着一层对地球生命至关重要的臭氧层。
它就像一把巨大的保护伞，为地球上的生物抵御着来自太阳的有害紫外线辐射。
然而，这一重要的保护层并非一直稳定存在，它面临着形成与破坏的动态变化。
臭氧层的形成是一个复杂而精妙的过程。
在高空大气层中，氧气分子（O₂）在太阳紫外线的作用下发生分解，形成单个的氧原子（O）。
这些氧原子非常活泼，它们与氧气分子迅速结合，形成臭氧分子（O₃）。
这个过程不断重复，使得高空大气层中的臭氧浓度逐渐增加，最终形成了臭氧层。
臭氧层主要分布在距离地面大约 15 至 35 千米的平流层中。
这一区域的大气环流相对稳定，有利于臭氧层的维持。
臭氧层中的臭氧浓度并非均匀分布，而是随着纬度、季节和昼夜等因素而有所变化。
那么，臭氧层为何如此重要呢？主要原因就在于它能够吸收太阳辐射中的大部分紫外线。
紫外线按照波长的不同，可以分为 UVA、UVB 和 UVC 三种类型。
其中，UVC 几乎全部被臭氧层吸收，UVB 大部分被吸收，而 UVA 则有一小部分能够到达地面。
如果没有臭氧层的保护，过量的紫外线将直射地球表面，给生物带来巨大的危害。
对于人类来说，过量的紫外线照射会导致皮肤晒伤、皮肤癌的发病率增加，还可能引发白内障等眼部疾病。
对于植物而言，紫外线会抑制其生长和光合作用，影响农作物的产量和质量。
此外，紫外线还会对海洋生态系统造成破坏，影响浮游生物的生长和繁殖，进而影响整个食物链。
然而，不幸的是，近年来臭氧层面临着严重的破坏。
造成臭氧层破坏的主要物质是人类活动排放的氯氟烃（CFCs）等化合物。
这些化合物性质稳定，能够在大气中长时间存在，并逐渐上升到平流层。
在平流层中，CFCs 等物质在紫外线的作用下分解出氯原子（Cl）。
氯原子具有极强的化学活性，能够与臭氧分子发生反应，将其分解为氧气分子。
一个氯原子可以破坏成千上万的臭氧分子，从而导致臭氧层的损耗。
除了氯氟烃，其他一些物质如哈龙、四氯化碳等也对臭氧层的破坏起到了一定的作用。
臭氧层损耗ppt课件
•
为什么每年的臭氧洞发生在春季？
对于这些涉及臭氧耗损的地域性、季节性及其规模的定 性和定量研究一直是科学界的热点问题。
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“精 准扶贫 ”项目
臭氧层被破坏的原因
• 最初对南极臭氧洞的出现，有过三种不同的解释。
上述的均相化学反应并不能解释南极臭氧洞形成的全部过程。深 入的科学研究发现，臭氧洞的形成是有空气动力学过程参与的非均 相催化反应过程。
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“精 准扶贫 ”项目
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臭氧层被破坏的原因
• Cl·和Br·就是破坏臭氧层的主要物质，它们对臭氧的破坏是以均 相催化的方式进行的。因此，也是催化剂。据估算，一个氯原 子自由基可以破坏10万个臭氧分子，而由Halons释放的溴原子 自由基对臭氧的破坏能力是氯原子的30-60倍。而且，氯原子 自由基和溴原子自由基之间还存在协同作用，即二者同时存在，
氯原子的催化过程可以解释所观测到的南 极臭氧破坏的70%，另外，氯原子和溴原
子的协同机制可以解释大约20%。
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臭氧层破坏机制之争
大气物理学家S.F.Singer便是一 名对臭氧消耗的严重性持反对意 见的人。他认为，有许多证据表 明火山对平流层中的氯贡献最大， 远远超过了氟氯烷的影响。由于 氟氯烷比空气重，能进入平流层 的氟氯烷数量极少。而且，第一 次发现南极臭氧空洞是在50年代， 当时氟氯烷的使用还很不普遍。 《臭氧恐慌中的空洞》则声称 “证明了臭氧消耗理论是一个科 学的骗局”。
臭氧层的研究
臭氧层的研究臭氧层是地球大气中的一个重要部分，它对于保护地球上的生物免受太阳紫外线辐射的伤害起到至关重要的作用。
为了更好地了解臭氧层的状况以及其对地球环境的影响，科学家们进行了大量的研究工作。
本文将介绍臭氧层研究的方法和结果。
一、臭氧层的形成与破坏机制臭氧分布在地球大气中的同温层中，主要集中在距离地面10至50公里的范围内，这一区域被称为臭氧层。
臭氧的形成主要依赖于紫外线辐射作用下的氧气分子O2，它们在紫外线照射下发生光解反应，并形成两个高能氧原子O。
然而，臭氧的形成与破坏并不是一个简单的过程。
臭氧分子首先会被太阳紫外线辐射分解为一个氧原子和一个单质氧分子：O3 + 光能→O2 + O。
之后，这些自由的氧原子会与另外一个臭氧分子结合，重新形成臭氧：O + O3→ 2O2。
这个循环过程使得臭氧层能够维持相对稳定的含量。
然而，臭氧层的破坏也是存在的。
人类活动中释放的一些化学物质，如氯氟烃（CFCs）、卤代烷烃和氮氧化物等，会进入大气层并与臭氧分子发生反应。
这些化学物质会破坏臭氧分子的结构，导致臭氧层的稳定性下降。
特别是CFCs对臭氧层的破坏具有较大影响，因此人们进行了大量的研究以了解臭氧层的变化情况及其影响。
二、臭氧层研究的方法1.无人机观测为了获取臭氧层的实时数据，科学家们研发了各种无人机来进行观测。
这些无人机往往装备有高精度的仪器，能够测量臭氧层的厚度、臭氧浓度以及其他相关参数。
无人机观测具有灵活性强、数据准确性高的特点，能够辅助定点观测站点的数据，为臭氧层研究提供了更加全面的数据支持。
2.卫星遥感卫星遥感是研究臭氧层的重要手段之一。
通过卫星上搭载的遥感仪器，科学家们能够获取大范围的臭氧数据。
卫星遥感技术具有高时空分辨率、覆盖范围广等优点，能够提供全球范围内的臭氧层数据，为研究人员提供了全球臭氧分布和变化的全景视角。
3.地面观测站地面观测站通常位于各地的科研机构或相关实验室内，用于进行长期的臭氧层监测。