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Q6 含鹵氣體的排放如何導(dǎo)致平流層臭氧的損耗

注:本文轉(zhuǎn)載自“含氟氣體與環(huán)境問題”公眾號(hào)。
人為活動(dòng)導(dǎo)致平流層臭氧損耗的步為含氯和溴的氣體的排放。這些氣體中的絕大多數(shù)由于其惰性,不易溶于雨雪中而在低層大氣累積。自然的空氣運(yùn)動(dòng)將這些積聚的氣體傳輸?shù)狡搅鲗樱谀抢锼鼈儽晦D(zhuǎn)換成活性的氣體。一部分氣體隨后參與到破壞臭氧的反應(yīng)中。最后,當(dāng)空氣返回低層大氣的時(shí)候,這些活潑的氯和溴原子被雨雪從地球大氣層去除。
排放、積累和傳輸 人為活動(dòng)導(dǎo)致平流層臭氧損耗的主要步驟如圖6-1所示。這個(gè)過程開始于地表含氯和溴的源氣體的排放(見q7)。鹵素源氣體,通常指的是臭氧損耗物質(zhì)(ods),包含一系列如制冷劑、空調(diào)、泡沫等的使用導(dǎo)致的釋放到大氣中的化學(xué)物質(zhì)。氟氯碳化物(cfcs)是含氯氣體中的重要組成部分。排放的源氣體由于其惰性在低層大氣(對(duì)流層)積聚,而自然的空氣運(yùn)動(dòng)將其傳輸?shù)狡搅鲗印I俨糠謿怏w溶解在海水中。這些工業(yè)制造的含鹵氣體由于具有反應(yīng)惰性使得其非常適于制造特殊產(chǎn)品,如制冷劑。
一些含鹵氣體大量釋放自天然源(見q7)。天然源排放的這些氣體也在對(duì)流層積聚,傳輸?shù)狡搅鲗硬⑴c破壞臭氧的反應(yīng)。早在工業(yè)活動(dòng)產(chǎn)生的含鹵氣體大量釋放之前,這些天然釋放的氣體是臭氧生成和破壞的自然平衡的一部分。
轉(zhuǎn)化,反應(yīng)和去除 鹵素源氣體不直接與臭氧反應(yīng)。一旦進(jìn)入平流層,鹵素源氣體接受太陽紫外輻射而發(fā)生化學(xué)轉(zhuǎn)化,變成活性氣體(見q8)。轉(zhuǎn)化速率與氣體的大氣壽命相關(guān)(見q7)。更長(zhǎng)壽命的氣體有較低的轉(zhuǎn)化速率,排放后在大氣中存留時(shí)間較長(zhǎng)。主要ods的大氣壽命從1~100年不等(見q7)。在轉(zhuǎn)化發(fā)生前,大氣壽命大于一定年限的氣體分子在對(duì)流層和平流層之間多次循環(huán)。
從鹵素源氣體形成的活性氣體在平流層發(fā)生了破壞臭氧的化學(xué)反應(yīng)(見q9)。因與活性氣體反應(yīng)導(dǎo)致的臭氧總量的損耗在熱帶最小,在高緯度地區(qū)(見q13)。在極地地區(qū),低溫下極地平流云的表面反應(yīng)極大地增加了活性的含氯氣體——一氧化氯的豐度(見q10)。這導(dǎo)致了極地冬季和早春大量的臭氧被破壞(見q11和q12)。
幾年以后,平流層的空氣返回對(duì)流層中,隨著帶來活性含鹵氣體。這些氣體隨后被雨除或者其他形式的沉降到陸地或海洋。至此,氯和溴原子對(duì)臭氧的破壞結(jié)束。
對(duì)流層的轉(zhuǎn)化 短壽命(小于一年)的鹵素源氣體在對(duì)流層中發(fā)生明顯的化學(xué)轉(zhuǎn)化,產(chǎn)生活性含鹵氣體及其它化合物。未轉(zhuǎn)化的氣體分子被傳輸?shù)狡搅鲗印R驗(yàn)槎鄶?shù)分子被雨除,只有小部分對(duì)流層中產(chǎn)生的活性氣體被傳輸?shù)狡搅鲗樱硇缘臍怏w有氟氯碳化物、甲基溴、氯甲烷以及含碘的氣體(見q7)。
首先,人為活動(dòng)和自然過程釋放鹵素源氣體。那些由人類活動(dòng)排放的叫做臭氧損耗物質(zhì)(ods)。接下來的步驟依次為積聚、傳輸、轉(zhuǎn)化、化學(xué)反應(yīng)、去除。含鹵氣體導(dǎo)致的臭氧損耗是性的。極地地區(qū)明顯的季節(jié)性臭氧虧損是極地平流云反應(yīng)的結(jié)果。當(dāng)活性含鹵氣體在對(duì)流層被雨雪去除并沉降到地表時(shí),臭氧損耗結(jié)束。
圖q 6?1 平流層臭氧損耗的主要步驟

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