北京大学：《环境生态学 Environmental Ecology》精品课程（教案讲义）第10章 酸雨对地球环境生态的影响

第10章 臭氧层与地球环境生态

目录 第一节引言 第二节臭氧层的变化与臭氣洞的形成 第三节大气臭氧层与太阳紫外辐射 第四节臭氧损失原因的解释 第五节大气臭氧层破坏对环境生态的影响 第六节

第一节 引言 第二节臭氧层的变化与臭氧洞的形成 第三节大气臭氧层与太阳紫外辐射 第四节臭氧损失原因的解释 第五节大气臭氧层破坏对环境生态的影响 第六节 目录

第一节引言 臭氧对人类和地球环境既有害又有益,这取 决于他在大气层中存在的位置。接近地面附,臭 氧作为一种强氧化剂,损害人类的健康;在 10~50km高度,臭氧起着温蜜气体的作用;而平 流层中的臭氧层有过滤有害的紫外线辐射的作 用,它环绕地赇形成了一个防护罩。如今,人类 活动造成了这一“防护革”的削弱,已导致了许多 严重的后果,危及着植物和动物的生存。最近南 极臭氧峒的变化,引起了多方的关注;保护臭氧 层——保护我们的地赇已经成为世界各国关注的 焦点

第一节 引言 臭氧对人类和地球环境既有害又有益，这取 决于他在大气层中存在的位置。接近地面时，臭 氧作为一种强氧化剂，损害人类的健康；在 10~50km高度，臭氧起着温室气体的作用；而平 流层中的臭氧层有过滤有害的紫外线辐射的作 用，它环绕地球形成了一个防护罩。如今，人类 活动造成了这一“防护罩”的削弱，已导致了许多 严重的后果，危及着植物和动物的生存。最近南 极臭氧洞的变化，引起了多方的关注；保护臭氧 层——保护我们的地球已经成为世界各国关注的 焦点

科学之书 影响人类历史的250项科学大发现 by Peter taylor 1648年大气压力 B Pascal(1623-1662) 1735年信风 G Hadley(1685-1768) 1863年温室效应 J Tyndal(1820-1893) 1903年混沌理论 JH Poincare(1854-1912) 1963 En Lorenz 1912年大陆漂移 AL Wegener(18801930) 1914年气候周期 M Milankovich(1879-1958) 1920年气象预报 V Bjerknes(18621951) J Bjerknes(1897-1975) 1974年臭氧洞 M Molina(1943少; S Rowland(1927

1648年 大气压力 B Pascal (1623-1662) 1735年 信风 G Hadley (1685-1768) 1863年 温室效应 J Tyndall(1820-1893) 1903年 混沌理论 JH Poincare (1854-1912) 1963 EN Lorenz 1912年 大陆漂移 AL Wegenner(1880-1930) 1914年 气候周期 M Milankovich(1879-1958) 1920年 气象预报 V Bjerknes(1862-1951); J Bjerknes (1897-1975) 1974年 臭氧洞 M Molina(1943-); S Rowland(1927-) 科学之书 ---影响人类历史的250项科学大发现 By Peter Taylor

南极臭氧洞-来自上帝的警告 The Nobel Prize in Chemistry 1995 he Royal Swedish Academy of Sciences has decided to award the 1995 Nobel Prize in Chemistry to Paul Crutzen, Mario Molina and F. sherwood Rowland for their work in atmospheric chemistry particularly concerning the formation and decomposition of ozone Paul crutz Mario Molina sherwood rowland Max Planck Institute for Dept of Earth Atmospheric Dept. of Chemistry, Univ Mainz, Germany Sciences Dept. of Chemistry MIT 2000年9月 人类历史上最严重的南极臭氧洞

南极臭氧洞 - 来自上帝的警告 2000年9月 人类历史上最严重的南极臭氧洞

September 1981 September 1987 人类要考虑如何补天 September 1993 September 1999 Dobson Units

人类要考虑如何补天！

第二节臭氧层的变化与臭氧洞的 形成 大气中对流层和平流层以及中层低部都有臭氧 存在。在距地面10公里到30公里这一区城内有一臭氧 浓度峰值出现,这一区城称为臭氧层。即使在这一层 ,臭氧浓度也很稀薺,峰值浓虔仅有5×1012O3分子/m3 。臭氧在大气中的分布, 平流层中的臭氧吸收掉太阳放射出的大量对人 类、动物及植物有害波长的紫外线辐射(240-329纳 米,称为UVB波长),为地球提供了一个防止紫外 辐射有害效应的屏障。使地赇上的人及生物免遭太阳 强烈紫外线的辐射,保障了人类生存活动的环境,对 人类生存环境具有至关重要的位置。但另一方面,臭 氧遍布整个对流层,也起着蜜气体的不刑作用

第二节臭氧层的变化与臭氧洞的 形成 大气中对流层和平流层以及中层低部都有臭氧 存在。在距地面10公里到30公里这一区域内有一臭氧 浓度峰值出现，这一区域称为臭氧层。即使在这一层 ，臭氧浓度也很稀薄，峰值浓度仅有5´1012O3分子/cm3 。臭氧在大气中的分布， 平流层中的臭氧吸收掉太阳放射出的大量对人 类、动物及植物有害波长的紫外线辐射（240—329纳 米，称为UV—B波长），为地球提供了一个防止紫外 辐射有害效应的屏障。使地球上的人及生物免遭太阳 强烈紫外线的辐射，保障了人类生存活动的环境，对 人类生存环境具有至关重要的位置。但另一方面，臭 氧遍布整个对流层，也起着温室气体的不利作用

现在巳知约有50多个化学反应参与臭氧的平衡。臭氧 层是处在O3、O2、O的动态平衡体糸过程中。太阳辐射提 供反应过程进行的躯动能量。在距寓地面约20公里处,O2 经短波紫外辐射发生光解反应生成氧原子。 O2+hD(x<243mm)→O+O 在对流层和低海拔的大气中,氧原子主要由NO2经 长波紫外辐照光解而产生。 NO,+hU→NO+O (52) 臭氧自身通过紫外线和可见光照射后,也会发生光 解反应:O2+hU→O2+O (53 大气中的臭氧则由氧原子和氧分子化合而成 O+O+M→O,+M (54) M是第三者物体,需要帶走由这反应释放出的能量。 因此臭氧的形成与消失是处在动态平衡中

现在已知约有50多个化学反应参与臭氧的平衡。臭氧 层是处在O3、O2、O的动态平衡体系过程中。太阳辐射提 供反应过程进行的驱动能量。在距离地面约20公里处，O2 经短波紫外辐射发生光解反应生成氧原子。 (5.1) 在对流层和低海拔的大气中，氧原子主要由NO2经 长波紫外辐照光解而产生。 (5.2) 臭氧自身通过紫外线和可见光照射后，也会发生光 解反应： (5.3) 大气中的臭氧则由氧原子和氧分子化合而成 (5.4) O2 + hu l( < 243nm) ® O + O NO2 + hu ® NO + O O2 + hu ® O2 + O O + O2 + M ® O3 + M M是第三者物体，需要带走由这反应释放出的能量。 因此臭氧的形成与消失是处在动态平衡中

然而,随着人类进步和工业的发畏 人们人工合成许多化合物。给人类繁桊帶 来难以教尽的益处。但是,有些人工合成 的化合物也给人类带来灾难。氯碳化合物 就是一个这样的实倒。人们大量合成及使 用这些化合物,又任其排放的大气中,结 果使火气臭氧层遭到破坏,而成为当前人 类面临的重大环境问题

然而，随着人类进步和工业的发展， 人们人工合成许多化合物。给人类繁荣带 来难以数尽的益处。但是，有些人工合成 的化合物也给人类带来灾难。氯 碳化合物 就是一个这样的实例。人们大量合成及使 用这些化合物，又任其排放的大气中，结 果使大气臭氧层遭到破坏，而成为当前人 类面临的重大环境问题

现今,臭氧层遭到破坏的情况已逐渐被许 多事实所证实。1985年英国南极科学考察站的 科学家 Farman等报导在南极上空于十月份观 察到臭氧层浓度降低近40%,美国宇航局 Stolarskir.s等由 Nimbus-7人造卫星监测大气 臭氧层的数据证实自1978年以来,在南极上空 于十月份确实存在“臭氧洞”,从测绘到的臭氧 浓度图可看到“臭氧”不是固定在一区城,每 年都在移动,“臭氧”覆盖南极的面积逐年增 大。在1985年,美国的“云雨—7”号气泉卫星 ,测到了这个“涧”,其面积与美国领土几乎相 当,其深度相当于珠穆朗马峰的高度

现今，臭氧层遭到破坏的情况已逐渐被许 多事实所证实。1985年英国南极科学考察站的 科学家Farman等报导在南极上空于十月份观 察到臭氧层浓度降低近40%，美国宇航局 Stolarski,R.S等由Nimbus-7人造卫星监测大气 臭氧层的数据证实自1978年以来，在南极上空 于十月份确实存在“臭氧洞” ，从测绘到的臭氧 浓度图可看到“臭氧洞”不是固定在一区域，每 年都在移动， “臭氧洞”覆盖南极的面积逐年增 大。在1985年，美国的“云雨—7”号气象卫星 ，测到了这个“洞” ，其面积与美国领土几乎相 当，其深度相当于珠穆朗马峰的高度