人类对臭氧的认识
人类对臭氧的认识
人类发现臭氧已经有二百多年的历史。而至今,人类仍未停下对臭氧探索、研究、开发应用的脚步。 在化学尚未成为一门正规科学以前, 我们这个星球的大气组成就困惑人类已久了。荷马在《奥得赛》中写道:“暴风雨来临,电闪雷鸣,空气中充满了硫磺。”他指的是暴风雨产生的浓重气味,便是后来称之为臭氧气体。
1785年,德国人在使用电机时,亦发现在电机放电时
南极上空臭氧空洞(粉色区域)
的卫星图。
摄于1995年9月25日
在纯连锁反应中,氯原子使两个臭氧分子分解
成三个氧分子, 而氯原子在该反应中重生,
使臭氧的分解继续。 产生一种异味。直到1840年法国科学家(Schonbein )将此异味确定为O3,并命名为OZONE (臭氧)。 自此以后,欧洲的科学家率先开始研究臭氧的特性和功用及对人类的作用,并开始工业生产应用,自1870年开始,一直沿用至今。 自然界中的臭氧 地球90%的臭氧处在海拔较高的位置平流层,将整个地球团团包住,在那里它起着吸收紫外线辐射的显著作用,如同一把保护伞,保护着地球上的生物。如果平流层没有了这种气体屏障,有害辐射就有了长驱直入地球的极佳入口。
平流层臭氧占据距地球表面10到50公里的大气位置,
并且提供防止地球免受紫外线辐射的屏障
这种从生物学角度说破坏性极强、高能量的辐射会引起皮肤癌,眼损伤,破坏免疫系统,并且扰乱原本就很脆弱的整个生态系统的平衡。在过去的四十年中,恶性皮肤癌的发病率增长已经向全球发出了警告。如今该发病率是五十年代的十倍。虽然整个增长不能全归罪于臭氧缺失和暴露于紫外线辐射的增多,但有证据表明二者是相关的。科学家估计臭氧每减少1%,人类得皮肤癌的可能性就增加3%。
由于人类科学研究的局限,使得人在用科学服务于人类时,同时也在破坏着自然界的平衡,从而给人类及所有生物的生存带来了极大的隐患。在人类不知不觉的生活中,臭氧也在不知不觉地减少。从二十世纪七十年代末以来,每年南极上空平流层臭氧的保护层都会在九月份消失很多,造成众所周知的臭氧空洞。而且空洞逐年增大,2000年南极上空出现了有史以来最大的臭氧层空洞,空洞面积达2918万平方公里,约为南极大陆面积的2.08倍(《科技日报》 2000年10月12日 )。研究却表明臭氧空洞要在五十年内愈合是很难的(《北京青年报》 2001年4月12日 )。
而到底是什么东西破坏了臭氧呢?它是如何破坏的呢?经过科学家们的不懈的努力,终于发现是天气状况、氯氟碳化合物(氯氟碳化合物(CFCs))、工业四氯化碳和氯甲酸酯溶剂共同导致了南极上空臭氧层变薄,而氯氟碳化合物(CFCs)是引起全球臭氧密集率降低的主要原因。过去40年对臭氧和大气的艰苦的研究导致了全球对CFC 生产的禁令。从1987年来,150多个国家鉴写了国际公约,蒙待利尔议定书,呼吁阶段性的减少氯氟碳化合物(CFCs)的释放量,使空气中CFC 的年增加量到1999年降为1986年的一半。对该协议的修正案呼吁从1996年1月起全面禁止CFC 。即使这一禁令生效以后,氯氟碳化合物(CFCs)的氯仍会继续在大气中聚集十年,要到下世纪中叶,南极的臭氧含量才会回到七十年代的水平。 不过让我们庆幸吧,毕竟我们认识到了自我的过失,并加以改过!
大气科学的进步和1996年制定的政策
1840年,克里斯蒂安.弗雷德日(Christian Friedrich )发现臭氧是低空天气的组成成分,并为其命名。
1881年,W. N. 哈特雷(W. N. Hartley)鉴别出臭氧是吸收来自太阳的波长低于290微米的紫外线辐射的物质。他还表明臭氧主要位于高海拔地区。
1913-1932年, C. 法瑞(C. Fabry )和M. 布尔森(M. Bulsson)表明可测量到天气垂直方向臭氧的总量为300 Dobson单位(现代单位)
1924年,G. M. B. Dobson用他新研制的分光仪在牛津设立了定期的臭氧测量项目。
1930年, 辛蒂 卡文(Sydney Chapman)解释为什么太阳光接触空气中的氧分子会产生臭氧。 1957, 作为国际年一部分, 南极的四到五个研究基地开始定期测量臭氧。
1970, Nimbus 系列卫星开始对臭氧的测量。
1970, 詹姆斯 拉夫克(James lovelock)用他的电子捕捉探测仪测量仪测量氯氟碳化合物(CFCs)。 1973, 理查德 斯多拉斯基(Richard Stolarski ) 和拉 西塞隆(Ralph Cicerone )发现了平流层氯的连锁反应。
1974年,罗兰(Rowland )和穆连(Molina )发现氯氟碳化合物(CFCs)会破坏平流层臭氧 1976年,国家科学院发布了证实罗兰(Rowland )和穆连(Molina )发现的报告
1976年,食品和药品局和环境保护机构宣布阶段性终止溶胶剂中的氯氟碳化合物(CFCs)
1978年,氯氟碳化合物(CFCs)在溶胶剂中的使用在美国禁止
1984年,约瑟夫 法文(Josph Farman)领导的国研究组探测到南半球春天南极上空4%的臭氧缺损 1985年,美国宇航局的卫星数据证实了南极上空臭氧空洞的存在。
1987年,签定蒙特利尔协议, 呼吁全球范围的氯氟碳化合物(CFCs)减少50%
1988年,美国全票批准蒙特利尔协议
1996年,对工业生产氯氟碳化合物(CFCs)的全面禁止开始实施
1989年,科学家宣布了在北冰洋上空臭氧层空洞的先期发现
1995年,F. 希拉伍德 罗兰 (F. Sherwood Rowland)和马里奥 穆连Mario Molina因在天气化学领域的研究而被授予诺贝尔奖)