环境化学臭氧层的形成和损耗省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

臭氧层形成与损耗臭氧层形成与损耗第1页三、臭氧层形成与消耗三、臭氧层形成与消耗1 1、O O3 3 生成与消耗反应方程式生成与消耗反应方程式 生成反应：生成反应：O O2 2+h+h（243nm243nm）2O2O O+OO+O2 2+M +M C C+M+M 消耗反应：消耗反应：O O3 3+h+h（210210 290nm 290nm）O O2 2+OO 或者：或者：O+OO+O3 3 2O 2O2 2 第2页2 2、O O3 3层破坏催化反应机理层破坏催化反应机理O3层破坏主要有三类链反应：HOx、NOx、ClOx。（1 1）NONOx x催化作用催化作用(天然源、飞机排放、宇宙射线天然源、飞机排放、宇宙射线)平流层中平流层中N N2 2O O N N2 2O+OO+O 2NO 2NO NO+O NO+O3 3NONO2 2+O+O2 2NOxNOx去除去除O O3 3 催化循环反应催化循环反应 NO+ONO+O3 3 NO NO2 2+O+O2 2 NO NO2 2+O +O NO+O NO+O2 2 总反应：总反应：O+OO+O3 3 2O 2O2 2NOxNOx消除消除 N+NO N+NO N N2 2+O+O2 2 NO NO2 2+O+O N N2 2O+OO+O第3页（2 2）水蒸气、甲烷等影响）水蒸气、甲烷等影响 平流层中存在水蒸气、甲烷，可与激发态氧原子形成含氢物质(HOX-H，OH与HO2)，比如 O O3 3+h+h（210210 290nm 290nm）O O2 2+O+O H2O+O2HO CH4+OCH3+HO H2+OH+HOO3损耗约10%。反应：OH+O3 HO2+O2 HO2+O3 HO+O2 总反应：2O3 3O2第4页（3 3）天然或人为氯、溴及其卤氧自由基催化作用）天然或人为氯、溴及其卤氧自由基催化作用 平流层中平流层中ClOClOx x天然源是海洋生物产生天然源是海洋生物产生 CHCH3 3Cl+Cl+h h CH CH3 3+Cl+Cl（甲基氯（甲基氯-对流层稳定）对流层稳定）氟氯甲烷光解氟氯甲烷光解 CFClCFCl3 3+h h CFCl CFCl2 2+Cl+Cl CF CF2 2ClCl2 2+h h CF CF2 2Cl+ClCl+Cl 氟氯甲烷光解产生氟氯甲烷光解产生Cl Cl 可破坏可破坏O O3 3 Cl+O Cl+O3 3 ClO+O ClO+O2 2 O+ClO O+ClO Cl+O Cl+O2 2 总反应：总反应：O+OO+O3 3 2O 2O2 2 第5页（4 4）总结）总结总结上述总结上述O O3 3层破坏反应过程，可得到：层破坏反应过程，可得到：Y+OY+O3 3 YO+O YO+O2 2 O+YO O+YO Y+O Y+O2 2 总反应：总反应：O+OO+O3 3 2O 2O2 2/Y/Y（上上述述能能够够消消耗耗臭臭氧氧物物质质能能够够相相互互作作用用，形形成成产产物物相相当当于于将将这这些些物物质质暂暂时时贮贮存存起起来来，一一定定条条件件下下重重新新释释放放，极极地地平平流流层层冰冰云云中中观观察察发发觉觉大大量量物物质质：HONOHONO2 2、HOHO2 2NONO2 2、ClONOClONO2 2、N N2 2O O5 5、HOClHOCl、HClHCl等）等）第6页3 3、南极、南极O O3 3空洞及其形成机制空洞及其形成机制 （1 1）极地）极地O O3 3空洞：空洞：19501950年代年代最早在最早在19851985年，年，J.C.Farman(J.C.Farman(法曼法曼)1010月月份份南南极极臭臭氧氧从从19791979年年290D.U.290D.U.（1 1 D.U.=10D.U.=10-5-5cm,0cm,0摄摄氏氏度度，1 1标准大气压）降低到标准大气压）降低到19851985年年170D.U.170D.U.同时人们在北极地域也观察到了臭氧浓度下降趋势同时人们在北极地域也观察到了臭氧浓度下降趋势不过在热带地域平流层，没有发觉臭氧降低现象不过在热带地域平流层，没有发觉臭氧降低现象第7页第8页（2 2）极地）极地O O3 3损耗化学机制损耗化学机制 太阳活动学说太阳活动学说 大气动力学学说大气动力学学说 化学机制说（氟氯化烃）化学机制说（氟氯化烃）第9页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 自由基链反应机制：HO+O3 HO2+O2 Cl+O3 ClO+O2 ClO+HO2HOCl+O2 HOCl+hv HO+Cl 总反应：2O3 3O2 第10页ClO二聚体链反应机制：Cl+O3 ClO+O2 ClO+ClO+M(ClO)2+M (ClO)2+hv ClOO+Cl ClOO+M Cl+O2+M 总反应：2O3 3O2（3 3）极地）极地O O3 3损耗全球大气动力学和气候学机制损耗全球大气动力学和气候学机制 为何仅仅在南极、北极出现臭氧空洞？为何仅仅在南极、北极出现臭氧空洞？为何在热带地域平流层中没有发觉臭氧层破坏？为何在热带地域平流层中没有发觉臭氧层破坏？第11页为何在南极出现臭氧空洞比较大？为何在南极出现臭氧空洞比较大？从O3空间分布角度分析：（全球大气动力学）全球O3空间浓度分布是赤道低、中高纬高。原因？但在极地中心O3浓度又比较低，原因？而且极地地域极低气温，不利于O3合成从O3合成时间分布分析：（气候学）冬季南极，气温极低，漫长冬季，几乎没有O3合成发生。晚东早春，南极气温到达了最低点，Cl原子暂时储存库不过因为在南极漫长冬季里，阳光不会强烈（极夜），在早春，南极阳光一下子强烈，大量在冬季累积HOCl和Cl2造成O3在短时间内大量破坏伴随极地温度逐步升高南极臭氧逐步得到恢复，臭氧空洞就会降低：第12页首先太阳光逐步增强，造成有更多首先太阳光逐步增强，造成有更多O O3 3合成；合成；其次，温度升高将极地平流云升华，其次，温度升高将极地平流云升华，ClCl原子暂时储存库原子暂时储存库消失消失再次，温度升高，空气比重减小，极地环流减弱。再次，温度升高，空气比重减小，极地环流减弱。4 4、保护臭氧层国际条约、保护臭氧层国际条约19771977年年3 3月月由由联联合合国国环环境境规规划划署署在在美美国国华华盛盛顿顿召召开开3232国国教教授授会会议议，经经过过世世界界第第一一个个关关于于臭臭氧氧层层行行动动计计划划，要要求求进进行行臭氧层损耗研究、损害评价、成立国际协调结构等；臭氧层损耗研究、损害评价、成立国际协调结构等；19851985年年联联合合国国环环境境规规划划署署在在奥奥地地利利维维也也纳纳颁颁布布保保护护臭臭氧层维也纳条约氧层维也纳条约；第13页即使人们早就发觉CFC对破坏臭氧层有重大贡献，不过必须限制CFC排放国际舆论是在1985年南极臭氧空洞出现以后才出现。1987年，加拿大，蒙特利尔，关于消耗臭氧层物质蒙特利尔议定书，1989年1月1日生效，对世界CFC类物质生产和使用，要求了限制时间表。人们仍发觉，即使严格执行议定书，大气中Cl今后50年内仍会翻一倍，所以联合国连续在1989年3月召开保护臭氧层伦敦会议、条约议定书缔约国会议等。强调保护臭氧层主要性。1989年5月，颁布保护臭氧层赫尔辛基宣言，勉励更多国家参加条约议定书，同意在适当初候发展中国家尽快不过不迟于禁止CFC生产和使用。加速开发替换物和替换技术。第14页Thank you!第15页