臭氧损耗

臭氧损耗,逐渐变薄地球在高层大气中臭氧层造成化合物含有气体的释放氯或溴从工业和其他人类活动(另请参阅空气污染)。稀疏的极地地区最为明显,尤其是在南极洲。臭氧损耗是一个主要的环境问题,因为它增加的数量紫外线辐射到达地球表面,增加的速度皮肤癌,眼睛白内障,遗传和免疫系统损害。的蒙特利尔议定书批准于1987年,是第一个几个综合的国际协议制定停止消耗臭氧层物质的生产和使用。由于继续在这个问题上的国际合作,臭氧层有望恢复。

历史

1969年荷兰化学家Paul Crutzen发表了一篇论文,描述了主要氮影响臭氧氧化催化循环水平。Crutzen证明氮氧化物反应与自由氧气原子,从而减缓臭氧层的创建(O₃),也可以将臭氧分解为二氧化氮(没有₂)和氧气(O₂)。一些科学家和环保人士在1970年代使用Crutzen的研究来帮助他们反对建立一个舰队的美国超音速运输(太平洋)。他们担心,排放的氮氧化物和潜力水蒸汽从这些飞机将破坏臭氧层。(太平洋设计飞行高度重合的臭氧层,15到35公里(9 - 22英里)地球表面以上。)在现实中,美国风场项目被取消了,只有少数French-British协和式飞机和苏联图- 144进入服务,太平洋的影响臭氧层被发现是可以忽略不计的飞机操作。

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然而在1974年,美国化学家马里奥·莫利纳和f·舍伍德罗兰的加州大学欧文分校认识到人类活动氯氟化碳(氟氯化碳)分子只包含碳,氟,氯原子可以被氯的主要来源平流层。他们还指出,氯会破坏大量的臭氧后从氯氟烃中解放出来紫外线辐射。游离氯原子和氯的气体,比如一氧化氯(ClO),就可以破坏臭氧分子被剥掉的三个氧原子。后来的研究表明溴和某些含溴化合物,如溴一氧化碳(兄弟),更有效地破坏臭氧比氯及其活性化合物。后续实验室测量,测量大气,atmospheric-modeling研究很快证实了他们的发现的重要性。克鲁岑,莫利纳,罗兰收到了诺贝尔奖化学奖在1995年他们的努力。

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人类活动产生了显著的影响在全球平流层臭氧的浓度和分布在1980年代以来。此外,科学家们指出,大型年度平均臭氧浓度开始降低发生至少1980。测量卫星、飞机、地面传感器和其他仪器表明总集成列的臭氧水平(即臭氧分子发生的数量每平方米在空气采样列)在全球范围内降低了约5%在1970和1990年代中期,之后几乎没有变化。最大的减少臭氧发生在高纬度地区(向两极)和最小的减少发生在低纬度地区(热带)。此外,大气测量表明,损耗的臭氧层增加的数量到达地球表面的紫外线辐射。

这个全球平流层臭氧减少与上升的平流层的氯和溴氟氯化碳和其他卤烃的制造和释放。

这个全球平流层臭氧减少与水平的上升氯和溴在平流层的制造和释放的氟氯化碳和其他卤烃。卤烃是由行业多种用途,如制冷剂(冰箱,空调和大型冷却装置),推进剂气溶胶罐、吹代理进行塑料泡沫,消防人员溶剂为干洗和脱脂。大气测量显然证实了理论研究表明,氯和溴从平流层的卤化碳释放反应和破坏臭氧层。

南极臭氧层空洞

最严重的情况臭氧消耗在1985年首次记录的一篇论文中,英国南极考察队(BAS)的科学家约瑟夫·c·法曼,布莱恩·g·加德纳和乔纳森·d·Shanklin。从1970年代末开始,一个庞大而快速降低总臭氧,经常超过60%相对于全球平均水平,已经观察到的春天(9月至11月)南极洲。法曼和他的同事们第一次有记录这一现象在他们的BAS站在哈雷湾,南极洲。他们的分析引起了科学界的注意,发现这些减少臭氧总量列大于50%,观察地面和历史值卫星技术。

当一天回到南极初春,阳光把氯分子分为单氯原子可以反应和破坏臭氧层。

由于法曼,出现了若干假说试图解释南极臭氧空洞。“这是最初提出臭氧减少可能的解释氯催化循环,单氯原子及其化合物带单身氧气原子与臭氧分子。因为比可以解释臭氧损失发生活性氯中可用的供应极地地区通过已知的过程,出现其他假设。一个特殊的测量进行的活动国家航空和宇宙航行局(美国宇航局)和国家海洋和大气管理局(NOAA)在1987年以及之后测量,证明氯和溴化学确实是负责臭氧层空洞,但还有另一个原因:这个洞似乎发生化学反应的产物粒子组成的极地平流层云(已经)低平流层。

在南极冬天的空气变得非常冷的缺乏阳光和降低混合低平流层的空气在南极洲以外的地区。这降低了混合造成的环极涡冬天,也被称为极地漩涡。平流层的飞机有界的风循环大约50°、65°之间的年代,空气在南极大陆及其邻近海域有效隔绝空气域外。漩涡内的极冷的温度下导致已经形成,这发生在海拔约12至22公里(约7到14英里)。化学反应发生在PSC粒子转换无氯分子反应分子氯(Cl等形式₂在极夜)积累。(溴化合物和氮氧化物也可以与这些云粒子反应。)当一天回到南极的早春天,阳光把分子氯分为单氯原子可以反应和破坏臭氧层。臭氧破坏仍在继续,直到分手的极地涡流,这通常发生在11月。

整体臭氧浓度从两极自1998年以来持续下降;然而,2018年的一项研究显示,低平流层下降超过了在平流层。

极地冬季北半球的漩涡也形成。然而,总的来说,它既不是那么强,也不是一样冷的形式在南极。尽管极地平流层云可以形成的北极最后,他们很少足够广泛的臭氧减少。北极臭氧减少高达40%的被测量。这稀释通常发生在年当lower-stratospheric北极圈的气温相当低涡导致臭氧的过程类似发现在南极臭氧层空洞。与南极洲,在活性氯的浓度大量增加测量在北极地区高水平的臭氧破坏发生。

臭氧层的恢复

识别的危险了氯和溴到臭氧层催生了一个国际努力限制生产和使用氟氯化碳和其他卤烃。1987年蒙特利尔议定书消耗臭氧层的物质开始逐步停止氯氟烃并试图达到1993年的50%减少到1998年全球消费从1986年的水平。一系列的《蒙特利尔议定书》修正案在接下来的几年里旨在加强控制氟氯化碳和其他卤烃。到2005年消耗臭氧层的化学物质控制协议的消费下降了90 - 95的国家各方协议。

在2000年代早期,科学家们预计,平流层臭氧水平将继续在随后的几十年缓慢上升。事实上,一些科学家认为,作为活性氯和溴的含量下降在同温层,最糟糕的臭氧损耗会通过。考虑到气温的变化(这导致臭氧空洞的大小),科学家预计持续减少氯加载将导致更小的臭氧洞之上南极洲自1992年以来(横跨超过2070万平方公里(800万平方英里))2040年之后。预期的增加臭氧将逐步进行主要是因为长时间居住的氟氯化碳和其他卤烃大气。总臭氧水平,以及臭氧的分布对流层和平流层,也依赖于其他大气成分的变化,水平的变化二氧化碳(影响对流层和平流层温度),甲烷(影响水平的活性氧化物氢的对流层和平流层与臭氧反应),和一氧化二氮(影响的水平氮平流层的氧化物可以与臭氧反应)。

科学家在2014年发现少量增加平流层ozone-the第一,他们认为,在全球超过20年他们归因于遵守国际条约关于消耗臭氧层的化学物质和平流层上层的逐步停止冷却,因为增加了二氧化碳。更彻底的研究,然而,科学家们在2016年宣布,平流层臭氧浓度自2000年以来已经增加在平流层,大小的南极臭氧空洞的面积已经减少。整体臭氧浓度从两极自1998年以来持续下降;然而,2018年的一项研究显示,低平流层下降超过了在平流层。

由于臭氧是一个温室气体臭氧层的分解和预期的复苏影响地球气候。科学分析表明,平流层臭氧减少观察自1970年代产生了冷却效果或,更准确地说,它有中和的一小部分气候变暖导致的二氧化碳和其他温室气体浓度上升。随着臭氧层慢慢复苏在未来几十年,这种冷却效应预计会消退。

写的Donald Wuebbles大气科学教授的,哈利大肠群大气科学、伊利诺伊大学厄巴纳伊利诺斯州。

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