臭氧层破坏的具体原因是什么
臭氧层破坏导致了各种环境问题,那么,臭氧层破坏的原因是什么?
关于大气臭氧层破坏的原因,科学家们有许多意见。然而,大多数人认为含氯氟烃(CFCs)的过度使用是破坏臭氧层的主要原因。含氯氟烃是一种人工化学物质,由美国杜邦公司于1930年投入生产。第二次世界大战后,特别是60年后,开始广泛用作气雾剂、制冷剂、发泡剂、化学溶剂等。此外,哈龙(用于灭火器)和氮氧化物也会造成臭氧层的损失。
在平流层,离地面20~30公里处是臭氧的集中层,其中存在氧原子(O)、氧分子(O2)和臭氧(O3)的动态平衡。但是氮氧化物、氯、溴等活性物质和其他活性基团会破坏这种平衡,使其向臭氧分解方向转移。然而,氟氯化碳的非凡稳定性使得它很容易聚集在大气平流层中,其影响将持续一个世纪或更长时间。在强烈的紫外辐射作用下,光解氯原子和溴原子,成为破坏臭氧的催化剂(一个氯原子可以破坏10万个臭氧分子)。
臭氧层破坏机制
(1)、废气破坏臭氧层
废气中含有大量的氮氧化物(如N0、N02等)。),可以破坏大量的臭氧分子,从而造成臭氧层的破坏。
(2)氟氯化碳和哈龙对臭氧层的破坏
美国科学家Maurines和Rowland提出,一些合成含氯和含溴物质是造成臭氧层破坏的罪魁祸首,最典型的是含氯氟烃(CFCs)和含溴化合物的哈龙。
氟氯化碳和哈龙总是在生产和使用过程中泄漏,泄漏后首先进入大气的对流层。这些物质在对流层中是化学惰性的,即在对流层中非常稳定,可以存在几十年甚至几百年而不发生变化。但这些物质不可能一直存在于对流层,最终会通过极地大气环流和赤道区热气流的上升进入平流层。然后在风的作用下,从低纬度向高纬度输送,在平流层均匀混合。在平流层中,强烈的太阳紫外线辐射会分解含氯氟烃和哈龙分子,释放出高活性的氯和溴自由基。氯自由基和溴自由基是破坏臭氧层的主要物质,它们破坏臭氧的化学机理如下:
γ-氯→γ+氯
Cl +O3→Cl0 +O2
C10 +O3→Cl +2O2
溴原子的自由基在同一过程中破坏臭氧。估计一个氯原子自由基在失活前可以破坏104-105个臭氧分子,哈龙释放的溴原子自由基的臭氧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存在协同效应,即两者同时存在时,破坏臭氧的能力大于两者的简单之和。
当然,除了上述化学过程外,臭氧空洞的形成还涉及到非均相催化反应过程,涉及到空气动力学过程和极地特殊的温度变化,这也是臭氧空洞出现在两极且多发生在春季的原因。
臭氧层的长期破坏
令科学家和社会各界担忧的是,含氯氟烃和哈龙在大气中的寿命很长,一旦进入大气就很难去除,这意味着即使人类停止生产和使用这些物质,它们对臭氧层的破坏也会持续很长一段时间。但是通过全人类的努力,臭氧层的破坏会越来越少,最终会恢复原状。