环境生态学导论结课论文

湖南大学

环境生态学导论结课论文题目：保护臭氧层，人人可参与

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摘要--------------------------------------------2

关键词------------------------------------------2

正文部分：

第一节：臭氧层的介绍----------------------------3

第二节：臭氧层的破坏----------------------------3 2.1、臭氧层破坏的原因-------------------3 2.2、臭氧层破坏的机理-------------------4 2.3、臭氧层破坏的影响-------------------7 2.4、臭氧层破坏的现状-------------------8

第三节：臭氧层的保护----------------------------9 3.1、各国在行动-------------------------9

3.2、人人可参与-------------------------10 参考文献----------------------------------------11

摘要：本文通过上网查资料，图书馆阅读大量文献等方法，阐述了近些年臭氧层近些年的变化及臭氧层空洞的形成机理与扩大原理，论证了臭氧层破坏对地球的负面影响巨大，并且在研究中发现臭氧层空洞的根源在于使用氟利昂作制冷剂及在其他方面使用，呼吁人类应该逐渐停止使用氟利昂。

臭氧层损耗是当前又一个人们普遍关注的全球性大气环境问题，因为它同样直接关系到生物圈的安危与人类的生存，需要全世界共同采取行动。

关键词：臭氧破坏原因破坏机理破坏影响现状保护措施

第一节．臭氧层的介绍

臭氧层是指大气层的平流层中臭氧浓度相对较高的部分，其主要作用是吸收短波紫外线。大气层的臭氧主要以紫外线打击双原子的氧气，把它分为两个原子，然后每个原子和没有分裂的氧合并成臭氧。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。自然界中的臭氧层大多分布在离地20—50千米的高空。臭氧层中的臭氧主要是紫外线制造。此外，雷电作用也产生臭氧，分布于地球的表面。正因为如此，雷雨过后，人们感到空气的清爽，人们也愿意到郊外的森林、山间、海岸去吮吸大自然清新的空气，享受自然美景的同时，让身心来一次爽爽快快的“洗浴”，这就是臭氧的功效，所以有人说，臭氧是一种干净清爽的气体。臭氧有极强的氧化性，少量的臭氧会使人感到精神振奋；但过强的氧化性也使其具有杀伤作用。一些过敏体质的人，长时间暴露在臭氧含量超过180微克/立方米的环境，会出现皮肤刺痒、呼吸不畅、咳嗽及鼻炎等症状。

地球上的一切生物离开太阳光就没有生命。太阳光是由可见光、紫外线、红外线三部分组成。进入大气层的太阳光（包括紫外线）有55%可穿过大气层照射到大地与海洋，其中40%为可见光，它是绿色植物光合作用的动力；5%是波长100～400纳米的紫外线，而紫外线又分为长波、中波、短波紫外线，长波紫外线能够杀菌。但是波长为200～315纳米的中短波紫外线对人体和生物有害。当它穿过平流层时，绝大部分被臭氧层吸收。因此，臭氧层就成为地球一道天然屏障，使地球上的生命免遭强烈的紫外线伤害。然而，近10多年来，地球上的臭氧层正在遭到破坏。

第二节．臭氧层的破坏

2.1、臭氧层的破坏原因

对于大气臭氧层破坏的原因，科学家中间有多种见解。但是大多数人认为，人类过多地使用氯氟烃类化学物质（用CFCs表示）是破坏臭氧层的主要原因。氯氟烃是一种人造化学物质，1930年由美国的杜邦公司投入生产。在第二次世界大战后，尤其是进入60年以后，开始大量使用，主要用作气溶胶、制冷剂、发泡剂、化工溶剂等。另外，哈龙类物质（用于灭火器）、氮氧化物也会造成臭氧层的损耗。

氟利昂作为氯氟烃物质中的一类，是一种化学性质非常稳定，且极难被分解、不可燃、

无毒的物质，被广泛应用于现代生活的各个领域。清洁溶剂、制冷剂、保温材料、喷雾剂、发泡剂等中都使用了氟利昂。氟利昂在使用中被排放到大气后，其稳定性决定它将长时间滞留于此达数十年至100年。由于氟利昂不能在对流层中自然消除，只能缓慢地从对流层流向平流层，在那里被强烈的紫外线照射后分解。分解后产生的原子氯将会破坏臭氧层。研宪表明，臭氧层被破坏后，紫外线会通过大气层长驱直入。强烈的紫外线照射会抑制人的免疫力，会使白内障和皮肤癌患者增加。如果臭氧层的总量减少1％的话，UV-B就将增加2％，其结果是使皮肤癌发病率提高2－4％。此外，紫外线的增强还会影响农作物的生长，并通过对海洋中的藻类产生的影响破坏整个水生生态系统。据统计，目前全世界氟利昂的年使用量超过1O0万吨，迄今为止向大气中排放的氟利昂总量达2000万吨，大部分仍停留在对流层中，只有10％左右到达了平流层。

2.2臭氧层破坏的机理

一、臭氧层的形成

在平流层中，一部分氧气分子可以吸收小于240μm波长的太阳光中的紫外线，并分解形成氧原子。这些氧原子与氧分子相结合生成臭氧，生成的臭氧可以吸收太阳光而被分解掉，也可与氧原子相结合，再度变成氧分子。其过程可用下面的化学反应方程式来表示：

O2+Hυ → 2O

O2+O+M+O3→ M

O3+hυ → J[10]O2+O

O3+O → 2O2

M为反应第三体，它们是氮气和氧气分子，其作用是与生成的臭氧相碰撞，接受过剩的能量以使臭氧稳定。臭氧的浓度取决于上述纯氧反应理论生成反应和消除反应的平衡状态，它可以大体上重现出臭氧浓度的高度分布。但是从定量角度看，这一理论得出的平流层臭氧浓度是实际臭氧浓度的2倍左右。

纯氧理论出现的问题，主要是没有考虑到大气中的微量成份的催化作用，通过链式反应消除臭氧。其链式反应方程式如下：

X+O3→XO+O2

XO+O→X+O2

合计O+O2→2O2

其中X为H，OH，NO，Cl。

如果考虑了上述大气中微量成分消除臭氧的反应，再考虑大气运动效果，则大体上可以再现实际的臭氧高度分布。

在平流层中，臭氧的生成和消亡处于动态平衡，正常情况下维持一定的浓度，此种动态平衡亦可用下图表示。

二、气相反应引起的臭氧层破坏

人类生产和使用大量CFCs，因其化学稳定性好、在对流层下易被分解而进入平流层。到达平流层的CFCs受到短波紫外线UV—C的照射，分解为Cl?自由基，参与对臭氧的消耗，见下图。

Cl?自由基消耗臭氧的连锁循环过程如下：

CF x Cl y→ CF x Cl y-1+Cl

Cl+O3→ ClO+O2

O2 → 2O

ClO+O → Cl+O2

Cl?自由基与O3反应的速度比NO与O3的反应快6倍。反应过程中释放的氯可以在平流层中存在好几年，因此一个Cl?自由基能够消耗10万个O3就不足为怪了。

一般情况下CFCs放出一个氯离子，但是剩下的基团可以通过与氧气等的后续反应，使CFCs中的全部氯都以破坏臭氧层的活动形态放出。

与此类似，臭氧的消耗应反还可以通过溴原子来进行，这些溴原子是从卤代烷灭火剂即哈龙中释放出来的。虽然哈龙对臭氧的破坏能力比CFCs要高，但由于大气中哈龙的浓度要远低于CFCs，整体而言，哈龙对臭氧的破坏要比CFCs小。在我国使用哈龙1211和哈龙1301的数量很大，就其破坏臭氧层的能力而言是CFCs的1/3，其破坏作用不可忽视。

仅仅根据气相反应理论，臭氧减少的最明显的高度应在40km附近。但是实际上臭氧减少趋势最大的高度是20km附近。而20km附近正是臭氧浓度最高的区域，这一事实进一步说明了臭氧层破坏的严重性。这种气相反应经典理论，与实际臭氧层破坏状况不一致的原因现已找到。这是由于破坏臭氧的反应通常是在颗粒状气溶胶表面进行，即非均相反应所造成的。正是非均相反应极大地破坏臭氧层才造成南极“臭氧空洞”。

非均相反应

一、南极臭氧空洞形成原理

自从发现在南极上空存在臭氧空洞以后，为了查实和弄清臭氧层耗减及臭氧空洞形成的原因，美国宇航局(NASA)牵头组织了数十个科学家于1986年和1987年的9～11月，两次赴南极进行臭氧探险活动，寻求揭示臭氧空洞形成的机理。在第二次探险中获得了有效的探测结果，由此推理出臭氧空洞形成的机理。

人类所排放的CFCs主要在北半球，其中欧洲、俄罗斯、日本和北美洲约占总排放量的90%。这种不溶于水和不活泼的CFCs，在头1～2年内在整个大气层下部并与大气混合。这种含有CF Cs的大气从底部向上升腾，一直到达赤道附近的平流层。然后分别流向两极，这样经过整个平流层的空气几乎都含有相同浓度的CFCs，然而由于地球表面的巨大差异，两极地区的气象状况是完全不同的。南极是一个非常广阔的陆地板块(南极洲)，周围又完全被海洋所包围，这种自然条件下产生了非常低的平流层温度。在南极黑暗酷冷的冬季（6～9月），下沉的空气在南极洲的山地受阻，停止环流而就地旋转，吸入周围的冷空气，形成“极地风暴旋涡”。

这股“旋涡”上升到20km高空的臭氧层，由于这里温度非常低，形成了滞留的“冰云”。“ 冰云”中的冰晶微粒把空气中带来的CFCs和哈龙吸收在其表面，并不断积聚其中。当南极的春季来临（9月下旬），阳光照向“冰云”时，冰晶溶化，释放出吸附的CFCs和哈龙。它们受到紫外线UV-C照射，分解出Cl和Br，并与臭氧反应生成ClO和BrO消耗臭氧。由于冰晶的吸附作用，积累的CFCs和哈龙在一段时间内集中分解出Cl和Br，再加上形成冰晶会发生各种各样的化学变化，促成了每年9～11月臭氧快速耗减，在特定高度臭氧几乎完全消失，导致臭氧空洞形成。

随着夏季的到来，南极臭氧层得到逐渐恢复，然而臭氧减少的空气可以传输到南半球的中纬度，造成全球规模的臭氧减少。

二、北极地区臭氧层破坏的原理

南极能够形成臭氧空洞，人们自然会联想到北极也可能发生臭氧空洞。根据这一推断，1989 年初，来自几个国家的200个科学家又聚集到北极进行考察探测。他们发现北极的春天，臭氧层中的ClO浓度升高和臭氧浓度降低，两者之间有着显著的对应关系（见下图）。只是北极没有极地大陆和高山，仅有一片海洋冰帽，形不成大范围强烈的“极地风暴”，所以不易生成像南极一样大的“臭氧空洞”。但是由于北极也有通过非均相反应破坏臭氧层的典型物质，因此在“极地风暴”可以生成的年份里，北极也可能发生大规模的臭氧层破坏，近几年北极出现的“臭氧空洞”便足以说明问题。对于北极臭氧层耗减的日益严重，已经变得十分引人注目。

三、中纬度臭氧减少的原理

中纬度臭氧的减少趋势高于气相反应理论预测的结果，在高度20km附近臭氧减少的原因前面已经论述。在南半球，由于极地风暴的消失，南极“臭氧空洞”臭氧浓度很低的气团可以向中纬度扩散，从而稀释了中纬度臭氧使其浓度下降，人们认为这种稀释效应具有十分重要的作用。

北半球中纬度臭氧减少几机理尚不十分清楚，一般认为有如下两种可能：

虽然北极地区极地风暴不稳定，仍可短时间形成一些“冰云”，并发生一系列非均相反应，破坏臭氧，减少了臭氧的空气可向中纬度扩散传输，或者CIO等破坏臭氧的物质传输到中纬度，加速了臭氧破坏。

在中纬度平流层中存在的硫酸盐气溶胶，其表面上发生一系列非均相反应，加速了臭氧破坏。

2.3.臭氧层破坏的影响

对人体健康的影响

紫外线对促进在皮肤上合成维生素D，对骨组织的生成、保护均起有益作用。但紫外线中的过量照射可以引起皮肤癌和免疫系统及白内障等眼的疾病。按现在全世界每年大约有10万人死于皮肤癌计，死于皮肤癌的人每年大约要增加5千人。此外，紫外线还会使皮肤过早老化。

对陆生植物的影响

科学家对200多个品种的植物进行了增加紫外线照射的实验，发现其中三分之二的植物显示出敏感性。紫外辐射会使植物叶片变小，因而减少捕获阳光进行光合作用的有效面积，生成率下降。对大豆的初步研究表明，紫外辐射会使其更易受杂草和病虫害的损害，产量降低。

对水生生态系统影响

紫外线B的增加，对水生系统有潜在危险。水生植物大多贴近水面生长，这些处于海洋生态食物链最底部的小型浮游植物的光合作用最容易被削弱，危及整个生态系统。增强的紫外线B还可通过消灭水中微生物而导致淡水生态系统发生变化，并因此而减弱了水体的自然净化作用。

对生物化学循环影响

阳光紫外线的增加会影响陆地和水体的生物地球化学循环，从而改变地球--大气这一巨系统中一些重要物质在地球各圈层中的循环，如温室气体和对化学反应具有重要作用的其他微量气体的排放和去除过程，包括二氧化碳、一氧化碳、氧硫化碳等。这些潜在的变化将对生物圈和大气圈之间的相互作用产生影响。

对材料的影响

因平流层臭氧损耗导致阳光紫外辐射的增加会加速建筑、喷涂、包装及电线电缆等所用材料，尤其是高分子材料的降解和老化变质。特别是在高温和阳光充足的热带地区，这种破坏作用更为严重。由于这一破坏作用造成的损失估计全球每年达到数十亿美元。无论是人工聚合物，还是天然聚合物以及其它材料都会受到影响。

对流层大气组成影响

在污染地区如工业和人口稠密的城市，即氮氧化物浓度较高的地区，UV-B的增加会促进对流层臭氧和其它相关的氧化剂如过氧化氢等的生成，使得一些的城市地区臭氧超标率大大增加。而与这些氧化剂的直接接触会对人体健康、陆生植物和室外材料等产生各种不良影响。对流层反应活性的增加还会导致颗粒物生成的变化。

2.4.臭氧层的破坏现状

1984年，英国科学家首次发现南极上空出现臭氧洞。1985年，美国的“雨云-7号”气象卫星测到了这个臭氧洞。

1985 年，英国科学家法尔曼等人在南极哈雷湾观测站发现：在过去 10 - 15 年间、每到春天南极上空的臭氧浓度就会减少约 30%，有近 95% 的臭氧被破坏。从地面上观测，高空的臭氧层已极其稀薄，与周围相比像是形成一个“洞”，直径达上千公里，“臭氧洞”由此而得名。卫星观测表明，此洞覆盖面积有时比美国的国土面积还要大。到 1998 年臭氧空洞面积比 1997 年增大约 15%，几乎相当于三个澳大利亚大。前不久，日本环境厅发表的一项报告称，1998 年南极上空臭氧空洞面积已达到历史最高记录，为 2720 万平方公里，比南极大陆还大约 1 倍。

美、日、英、俄等国家联合观测发现，近年来，北极上空臭氧层也减少了 20%。在被称为是世界上“第三极”的青藏高原，中国大气物理及气象学者的观测也发现，青藏高原上空

的臭氧正在以每 10 年 2.7% 的速度减少。根据全球总臭氧观测的结果表明，除赤道外，1978 - 1991 年总臭氧每 10 年间就减少 1% - 5%。

第三节．臭氧层的保护

3．1.各国在行动

面对臭氧层被破坏的严峻形势，在联合国环境署的组织协调下，国际社会于1985年制定了《保护臭氧层维也纳公约》，确定了国际合作保护臭氧层的原则；1987年又制定了《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》，确定了全球保护臭氧层国际合作的框架。

根据《蒙特利尔议定书》的规定，各签约国分阶段停止生产和使用CFCs制冷剂，发达国家要在1996年1月1日前停止生产和使用CFCs制冷剂，而其他所有国家都要在2010年1月1日前停止生产和使用CFCs制冷剂，现有设备和新设备都要改用无CFC制冷剂。

中国政府也于1989年和1991年分别签定了《保护臭氧层维也纳公约》和《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》，成为缔约国。

1995年1月23日，联合国大会通过决议，确定从1995年开始，每年的9月16日为“国际保护臭氧层日”。

2008年止，签署《维也纳公约》的国家共有176个；签署《蒙特利尔议定书》的国家共有175个。保护臭氧层，是迄今人类最为成功的全球性合作。

《蒙特利尔议定书》缔约方大会每年召开一次。1999年11月，第十一次《蒙特利尔议定书》缔约方大会在首都北京召开，共有212个国家和地区的近千人参加，江泽民总书记在会上作了重要讲话，这是人类在保护自身生存环境方面召开的一次国际盛会，不仅对进一步推动各缔约方在保护臭氧层方面的国际合作产生积极影响，还将促进我国加快淘汰对臭氧层起到直接破坏作用的CFCs类物质。保护臭氧层就是保护蓝天，保护地球生命。1995年1月23日联合国大会决定，每年的9月16日为国际保护臭氧层日，要求所有缔约国按照《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》及其修正案的目标，采取具体行动纪念这个日子。2004年的主题是：“拯救蓝天，保护臭氧层：善待我们共同拥有的星球”。

1974年美国加利福尼亚大学的罗兰和莫莱特发现，大气臭氧层已遭到严重破坏，人类头顶上的一把“伞”已出现空洞，并造成地球温室效应加剧，长期发展下去，将严重影响全球气候、生态平衡和农业生产。此后20多年来，世界各国竞相投入人力、物力，进行氟里昂替代物的研究、开发和推广应用。为唤起公众环境保护意识，联合国规定从1995年起，每年的9 月1 6 日为国际臭氧层保护日，在这一天，各成员国相应开展纪念活动。

中国作为发展中国家，大量使用C F C 等臭氧层耗损物质的历史还比较短，消费的总量只占世界已消费总量中的很小份额。但随着中国经济的不断发展，C F C 的使用量不断增加，中国已成为发展中国家最大的O D S （臭氧层耗损物质）生产国和消费国。根据1985年《保护臭氧层维也纳公约》、1987年通过的《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔协定书》和1992年的第四次缔约国会议决定，发达国家到1996年1 月1 日将完全淘汰耗损臭氧层的C F C 物质。所以今后几年我国将在淘汰O D S 活动中，占有重要地位，并将于2010 年最终淘汰臭氧层消耗物质。

家用制冷工业作为O D S 的消费行业之一，对保护臭氧层有着责无旁贷的使命。中国家用电器协会经多方研究论证，确定了《中国家用制冷工业C F C 逐步淘汰战略研究》，制订了产业的发展与环境保护同步，替代将是渐进的过程，在技术成熟和经济可行的基础上，尽早淘汰C F C 物质基本原则，尽量采用国际上已商业化的成熟技术路线，采取先示范，后推广的方法，分期分批的实现生产线转换，最终达到削减目标。

3．2.人人可参与

爱护臭氧层的消费者购买带有"无氯氟化碳"标志的产品；

爱护臭氧层的一家之主合理处理废旧冰箱和电器，在废弃电器之前，除去其中的氟氯化碳和氟氯烃制冷剂；

爱护臭氧层的农民不用含甲基溴的杀虫剂，在有关部门的帮助下，选用适合的替代品，如果还没有使用甲基溴杀虫剂就不要开始使用它；

爱护臭氧层的制冷维修师确保维护期间从空调、冰箱或冷柜中回收的冷却剂不会释放到大气中，做好常规检查和修理泄漏；

爱护臭氧层的办公室员工鉴定公司现有设备如空调、清洗剂、灭火剂、涂改液、海绵垫中那些使用了消耗臭氧层的物质，并制定适当的计划，淘汰它们，用替换物品换掉它们；

爱护臭氧层的公司替换在办公室和生产过程中所用的消耗臭氧层物质，如果生产的产品含有消耗臭氧层物质，那么应该用替代物来改变产品的成分；

爱护臭氧层的教师，告诉你的学生，告诉你的家人、朋友、同事、邻居、保护环境、保护臭氧层的重要性，让大家了解哪些是消耗臭氧层物质。

有了科学的方法，再加上我们的实际行动，我们相信，在不远的将来，我们将拥有一片美丽而完整的蓝天。

参考文献：吉林科技网科技与环保知识窗；

中国臭氧层保护论坛；

新浪网2010国际臭氧层保护日记事；

《20世纪环境警示录》[自然之友]；

《保护臭氧层中国在行动——履约20年》[中国环境科学出版社]；

《臭氧层--环境保护热门话题丛书》[中国环境科学出版社]；

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