臭氧层的破坏机理

臭氧层的破坏机理

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。 人类生产和使用大量CFCs，因其化学稳定性好、在对流层下不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：
CFxCly → CFxCly-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”。

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