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了解它是什么、哪些气体会产生影响以及臭氧层何时必须再生

什么是臭氧层？对于任何关心地球乃至我们的健康的人来说，这是一个非常重要的问题。但是要回答这个问题，您首先需要了解大气中的一些基本过程是如何工作的。

与化学和空气污染相关的主要环境问题之一是臭氧层的消耗（或退化）。您肯定已经听说过这个主题。顾名思义，臭氧层是地球大气层中臭氧 (O3) 浓度较高的一层。最大的浓度位于平流层，距地球表面约 20 至 25 公里。这些浓度在高纬度（极地）达到峰值，最低出现在热带地区（尽管热带地区的 O3 产生率更高）。

正如我们在“臭氧：坏人还是好人？”一文中所述，这种气体作为一种剧毒污染物对地球上的生命既极其重要又必不可少。这一切都取决于它所在的大气层。在对流层，他是个恶棍。在平流层，一个好人。在本文中，我们将讨论平流层臭氧，指出它的功能、重要性、它是如何退化的以及如何防止这种情况继续发生。

角色

平流层臭氧（好人）负责过滤某些波长的太阳辐射（吸收所有紫外线 B 辐射，称为 UV-B 和一部分其他类型的辐射）能够导致某些类型的癌症，最糟糕的是黑色素瘤。它还具有保持地球温暖的功能，防止地球表面散发的所有热量消散。

什么是臭氧层？

如前所述，臭氧层是一个集中了大约 90% 的 O3 分子的层。这一层对地球上的生命至关重要，因为它通过过滤 B 型紫外线太阳辐射来保护所有生物。臭氧的行为取决于其海拔高度。 1930年，一位名叫Sydnei Chapman的英国物理学家根据四个步骤描述了平流层臭氧的产生和降解过程：氧气的光解；臭氧生产；臭氧消耗I；臭氧消耗二．

1. 氧气光解

太阳辐射击中一个 O2 分子，将它的两个原子分开。换句话说，这第一步获得了两个游离氧原子 (O) 作为产物。

2. 臭氧生产

在这一步中，光解产生的每一个游离氧（O）与一个O2分子反应，得到臭氧分子（O3）作为产物。这种反应是在催化剂原子或分子的帮助下发生的，这种物质可以使反应更快地发生，但不会主动起作用，也不会与反应物（O 和 O2）或产物（O3）结合。

第 3 步和第 4 步展示了如何以不同方式降解臭氧：

3.臭氧消耗I

在生产步骤中形成的臭氧然后在太阳辐射的作用下再次降解为 O 和 O2 分子（当存在波长范围为 400 纳米到 600 纳米时）。

4. 臭氧消耗二

臭氧 (O3) 降解的另一种方式是与游离氧原子 (O) 反应。这样，所有这些氧原子将重新结合，生成两个氧分子 (O2) 作为产物。

但是，如果臭氧产生并降解，臭氧层靠什么维持？要回答这个问题，我们必须考虑两个重要因素：分子的产生/破坏速率（它们产生和破坏的速度），以及它们的平均寿命（将任何化合物的浓度降低到初始浓度的一半所需的时间）。专注）。

关于分子的产生/破坏速率，发现步骤 1 和 4 比过程的步骤 2 和 3 慢。然而，由于一切都始于氧光解步骤（步骤 1），我们可以说要产生的臭氧浓度取决于它。这就解释了为什么 O3 的浓度在 25 公里以上和较低的高度会衰减；在海拔 25 公里以上，O2 的浓度降低。在较低的大气层中，较长的波长占主导地位，其分解氧分子的能量较少，从而降低了它们的光解速率。

尽管这些步骤有了很大的发现，但如果我们只考虑这些破坏过程，我们得到的 O3 浓度值将是现实中观察到的值的两倍。这不会发生，因为除了所示步骤之外，还有由消耗臭氧层物质 (ODS) 引起的臭氧消耗的非自然循环：哈龙、四氯化碳 (CTC)、氢氯氟烃 (HCFC)、氯氟烃 (CFC) 等产品) 和甲基溴 (CH3Br)。当它们被释放到大气中时，它们会移动到平流层，在那里它们被紫外线辐射分解，释放出游离氯原子，从而破坏臭氧键，形成一氧化氯和氧气。形成的一氧化氯会再次与游离氧原子反应，形成更多的氯原子，氯原子会与氧反应，依此类推。据估计，每个氯原子在平流层可分解约100,000个臭氧分子，保质期为75年，但已经有足够的排放与臭氧反应近100年。除了与氧化氢 (HOx) 和氮氧化物 (NOx) 发生反应外，它们还会与平流层 O3 发生反应，破坏它，导致臭氧层退化。

下图显示了巴西消耗臭氧层物质的历史：

消耗臭氧层物质在哪里以及如何避免它们？

氟氯化碳

氯氟烃是由氯、氟和碳形成的合成化合物，已广泛应用于多种工艺中——主要如下所列：

• CFC-11：用于制造聚氨酯泡沫作为膨胀剂，在气雾剂和药物中作为推进剂，在家用、商业和工业制冷中作为流体；
• CFC-12：适用于所有使用 CFC-11 的工艺，也可与环氧乙烷混合作为杀菌剂；
• CFC-113：用于精密电子元件，如清洗溶剂；
• CFC-114：在气雾剂和药物中用作推进剂；
• CFC-115：用作商业制冷中的流体。

据估计，这些化合物对臭氧层的危害大约是 CO2（二氧化碳）的 1.5 万倍。

1985年，28个国家批准了《保护臭氧层维也纳公约》。该公约承诺在 CFC 的研究、监测和生产方面进行合作，提出了在其影响被感受到或科学证明之前在全球范围内应对环境问题的想法。因此，《维也纳公约》被认为是在重大国际谈判中适用预防原则的最佳例子之一。

1987 年，来自四个国家的 150 名科学家前往南极洲，并证实该地区的一氧化氯浓度比地球上其他任何地方都高出约一百倍。然后，同年 9 月 16 日，《蒙特利尔议定书》确立了逐步禁止 CFC 并用对臭氧层无害的气体替代的必要性。由于该协议，9 月 16 日被视为保护臭氧层世界日。

《保护臭氧层维也纳公约》和《蒙特利尔议定书》于 1990 年 3 月 19 日在巴西批准，并于同年 6 月 6 日通过第 99.280 号法令在该国颁布。

在巴西，2010 年完全停止使用 CFC，如下图所示：

氟氯烃

氢氯氟烃是巴西最初少量进口的人造物质。然而，由于对 CFC 的禁令，使用量正在增加。主要应用有：

制造业

• HCFC-22：空调和泡沫制冷；
• HCFC-123：灭火器；
• HCFC-141b：泡沫、溶剂和气雾剂；
• HCFC-142b：泡沫。

服务业

• HCFC-22：空调制冷；
• HCFC-123：制冷机（冷却器);
• HCFC-141b：清洁电路；
• HCFC 混合物：空调冷却器。

据环境部 (MMA) 估计，到 2040 年，巴西将消除氟氯烃的消费。下图显示了氟氯烃使用的演变：

溴甲烷

它是一种卤化有机化合物，在压力下是一种液化气体，可能具有天然或合成来源。溴甲烷对生物具有极大的毒性和致命性。它广泛用于农业和储存货物的保护以及仓库和磨坊的消毒。

自 1990 年代中期以来，巴西已经冻结了其甲基溴的进口数量。 2005 年，该国减少了 30% 的进口。

下表显示了巴西为淘汰甲基溴而制定的时间表：

根据 MMA，甲基溴的使用仅被授权用于为进出口保留的检疫和装运前处理。

下图显示了巴西甲基溴消费的历史：

哈龙

物质哈龙是人工生产的，由巴西进口。它由溴、氯或氟和碳组成。这种物质已被广泛用于灭火器中，用于所有类型的火灾。根据《蒙特利尔议定书》，2002 年将允许进口哈龙，参照巴西 1995 年至 1997 年的平均进口量，2005 年减少 50%，2010 年将完全禁止进口。然而，2000 年 12 月 14 日的 Conama 第 267 号决议更进一步，禁止从 2001 年进口新的哈龙，只允许进口再生哈龙，因为它们不是议定书消除时间表的一部分。

Halon-1211 和 halon-1301 主要用于消除海洋火灾、空中航行、油轮和石油开采平台、文化和艺术收藏品以及电力和核电站，此外还用于军事。 .在这些情况下，由于其有效扑灭火点而不留下残留物且不会损坏系统，因此允许使用。

根据下图，巴西已经淘汰了哈龙的消费。

氯

氯以人为方式（通过人类活动）排放到大气中，主要是通过使用 CFC（氯氟烃），我们在上面已经看到。它们是气态合成化合物，广泛用于制造喷雾剂以及旧冰箱和冰柜。

氮氧化物

一些自然排放源是大气中的微生物转化和放电（闪电）。它们也是由人为来源产生的。主要的一种是在高温下燃烧化石燃料。出于这个原因，这些气体的排放发生在对流层，这是我们居住的大气层，但它们很容易通过对流机制被带到平流层，然后可以到达臭氧层，使其降解。

避免 NO 和 NO2 排放的方法之一是使用催化剂。工业和汽车中的催化剂具有加速化学反应的功能，将污染物转化为对人类健康和环境危害较小的产品，然后再释放到大气中。

氧化氢

平流层中 HOx 的主要来源是臭氧光解形成 OH，它产生激发的氧原子，与水蒸气反应。

臭氧空洞

图片：美国宇航局

1985 年，人们发现 9 月至 11 月之间平流层臭氧显着减少了约 50%，这与南半球的春季相对应。责任归咎于 CFC 中氯的作用。几项研究表明，这一过程自 1979 年以来一直在进行。

臭氧层中唯一的空洞位于南极洲上空——在其他地方，发生的事情是臭氧层缓慢而逐渐消耗殆尽。

然而，正如联合国开发计划署（UNDP）所报告的，由于《蒙特利尔议定书》中采取的措施，目前存在逆转臭氧层破坏的巨大趋势。预计到 2050 年左右，该层将恢复到 1980 年之前的水平。

好奇心：为什么只在南极？

这个洞只发生在南极洲上空的解释可以用南极的特殊条件来解释，例如低温和孤立的大气环流系统。

由于对流，气团不停地循环，但在南极洲，由于冬季极其严寒，空气环流不发生，产生仅限于该地区的对流圈，称为极地涡旋或涡旋。

另请参阅美国国家空间研究所 (Inpe) 制作的有关 CFC 对臭氧层退化的简短视频：