臭氧层破坏的原因,科学分析科学保护!
地球经过几十亿年的演化,渐渐变成了现在适合万物的环境,在地球的外面一层厚厚的臭氧层,保护着地球上的生物,预防着宇宙中的射线,而现在随着人类的发展,臭氧层被渐渐破坏。下面奇闻网带您去看看:臭氧层破坏的原因,科学分析科学保护!
臭氧层破坏的原因,氟里昂和哈龙是怎样进入平流层,又是如何引起臭氧破坏的呢?就重量而言,人为释放的cfcs 和halons的分子都比空气分子重,但这些化合物在对流层是化学惰性的,即使最活泼的大气组分—自由基对cfcs 和halons的氧化作用也微乎其微,完全可以忽略。因此它们在对流层十分稳定,不能通过一般的大气化学反应去除。经过一两年的时间,这些化合物会在全球范围内的对流层分布均匀,然后主要在热带地区上空被大气环流带入到平流层,风又将它们从低纬度地区向高纬度地区输送,在平流层内混合均匀。
臭氧层破坏的原因,在平流层内,强烈的紫外线照射使cfcs 和halons分子发生解离,释放出高活性的原子态的氯和溴,氯和溴原子也是自由基。氯原子自由基和溴原子自由基就是破坏臭氧层的主要物质,它们对臭氧的破坏是以催化的方式进行的:溴原子自由基也是以同样的过程破坏臭氧,因此,也是催化剂。
据估算,一个氯原子自由基可以破坏104—105个臭氧分子,而由halon释放的溴原子自由基对臭氧的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还存在协同作用,即二者同时存在时,破坏臭氧的能力要大于二者简单的加和。但是,上述的均相化学反应并不能解释南极臭氧洞形成的全部过程。
臭氧层破坏的原因,深入的科学研究发现,臭氧洞的形成是有空气动力学过程参与的非均相催化反应过程。所谓非均相,是指大气中除气态组分外,还有固相和液相的组分。人们对大气中存在云、雾和降雨等早已司空见惯,但这种现象一般发生在对流层。平流层干燥寒冷,空气稀薄,较少出现对流层这些天气现象。
但在冬天,南极地区的温度极低,可以达到零下80 oc, 这样极端的低温造成两种非常重要的过程,一是极地的空气受冷下沉,形成一个强烈的西向环流,称为“极地涡旋”(polar vortex)。该涡旋的重要作用是使南极空气与大气的其余部分隔离,从而使涡旋内部的大气成为一个巨大的反应器。另外,尽管南极空气十分干燥,极低的温度使该地区仍有成云过程,云滴的主要成分是三水合硝酸(hno33h2o)和冰晶,称为极地平流层云(polar stratospheric clouds)。
臭氧层破坏的原因,实际上,当cfcs 和halons进入平流层后,通常是以化学惰性的形态(clono2和hcl)而存在,并无原子态的活性氯和溴的释放。南极的科学考察和实验室的研究都证明,化学惰性的clono2和hcl 在平流层云表面会发生以下化学反应生成的hno3 被保留在云滴相中。当云滴成长到一定的程度后将会沉降到对流层,与此同时也使hno3从平流层去除,其结果是造成cl2 和hocl 等组分的不断积累。
臭氧层破坏的原因,cl2 和hocl 是在紫外线照射下极易光解的分子,但在冬天南极的紫外光极少,cl2 和hocl的光解机会很小。当春天来临时,阳光返回南极地区,太阳辐射中的紫外射线使cl2 和hocl开始发生大量的光解,产生前述的均相催化过程所需的大量的原子氯,从而造成严重的臭氧损耗。氯原子的催化过程可以解释所观测到的南极臭氧破坏的约70%,另外,氯原子和溴原子的协同机制可以解释大约20%。
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