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国际臭氧层保护日

                                 国际臭氧层保护日
   

      保护臭氧层就是保护蓝天，保护地球生命。 1995 年1月23日联合国大会决定，每年的9月16日为国际保护臭氧层日，要求所有缔约国按照《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》及其修正案的目标，采取具体行动纪念这个日子。 
　　值得庆幸的是臭氧层损耗是可以停止甚至进行自身恢复的。为此，联合国环境规划署自1976年起陆续召开各种国际会议，通过了一系列保护臭氧层的决议，在全球范围内限制并逐步淘汰消耗臭氧层的化学物质。
什么是臭氧？臭氧的独特性质
    人类发现臭氧已经有百年的历史。在距离地球表面15-25公里的高空，因受太阳紫外线照射的缘故，形成了包围在地球外围空间的臭氧层，这厚厚的臭氧层正是人类赖以生存的保护伞。这就是大多数人对臭氧的全部认识。人类真正认识臭氧还是在150多年以前，由德国化学家先贝因（Schanbein）博士首次提出在水电解及火花放电中产生的臭味，同在自然界闪电后产生的气味相同，先贝因博士认为其气味类似于希腊文的OZEIN（意为“难闻”），由此将其命名为OZONE（臭氧）。
    臭氧，又名三原子氧，因其类似鱼腥味的臭味而得名。其分子式为O3 ，是氧气的同素异形体，具有它自身的独特性质：
    1.在自然条件下，一般它是淡蓝色的气体,用氧气源人工制取高浓度时，臭氧为炽白色；
    2.它有一种类似雷电后的腥臭味；
    3.在标准压力和常温下，它在水中的溶解度是氧气的13倍；
    4.臭氧比空气重，是空气的1.658倍；
    5.臭氧有很强的氧化力，是已知最强的氧化剂之一；
    6.正常情况下，臭氧极不稳定，容易分解成氧气；
    7.臭氧分子是逆磁性的，易结合一个电子成为负离子分子；
    8.臭氧在空气中的半衰期一般为20-50分钟，随温度与湿度的增高而加快；
   9.臭氧在水中半衰期约为35分钟随水质与水温的不同而异；
   10.臭氧在冰中极为稳定，其半衰期为2000年。
    自然界中臭氧的形成
    自然界中的臭氧，大多分布在距地面20Km--50Km的大气中，我们称之为臭氧层。臭氧层中的臭氧主要是紫外线制造出来的。大家知道，太阳光线中的紫外线分为长波和短波两种，当大气中（含有21%）的氧气分子受到短波紫外线照射时，氧分子会分解成原子状态。氧原子的不稳定性极强，极易与其他物质发生反应。如与氢（H2）反应生成水（H2O)，与碳（C）反应生成二氧化碳（C02）。同样的，与氧分子（O2）反应时，就形成了臭氧（O3）。臭氧形成后，由于其比重大于氧气，会逐渐的向臭氧层的底层降落，在降落过程中随着温度的变化（上升），臭氧不稳定性愈趋明显，再受到长波紫外线的照射，再度还原为氧。臭氧层就是保持了这种氧气与臭氧相互转换的动态平衡。
在这么广大的区域内到底有多少臭氧呢？估计小于大气的十万分之一。如果把大气中所有的臭氧集中在一起，仅仅有三公分薄的一层。那么，地球表面是否有臭氧存在呢？回答是肯定的。太阳的紫外线大概有近1%部分可达地面。尤其是在大气污染较轻的森林、山间、海岸周围的紫外线较多，存在比较丰富的臭氧。
此外，雷电作用也产生臭氧，分布于地球的表面。正因为如此，雷雨过后，人们感到空气的清爽，人们也愿意到郊外的森林、山间、海岸去吮吸大自然清新的空气，享受自然美景的同时，让身心来一次爽爽快快的“洗浴”，这就是臭氧的功效，所以有人说，臭氧是一种干净清爽的气体。
臭氧层的作用
在离地面10～50km的大气平流层中，集中了大气中约90%的臭氧，其中离地22～25km臭氧浓度值达到最高，称其为臭 氧层。如果将地球上臭氧压缩至1个大气压，其厚度仅有3mm左右，就像是一件“厚度为3mm 左右的宇宙服”。下面讨论一下有关臭氧层的作用和分布变化。

    一、氧层的作用
    大气臭氧层主要有三个作用。其一为保护作用，臭氧层能够吸收太阳光中的波长300μm以下的紫外线，主要是一部分UV—B(波长290～300μm)和全部的UV—B(波长＜290μm＝，保护地球上的人类和动植物免遭短波紫外线的伤害。

                                       
    只有长波紫外线UV-A和少量的中波紫外线UV-B能够辐射到地面，长波紫外线对生物细胞的 伤害要比中波紫外线轻微得多。所以臭氧层犹如一件宇宙服保护地球上的生物得以生存繁衍 。其二为加热作用，臭氧吸收太阳光中的紫外线并将其转换为热能加热大气，由于这种作用 大气温度结构在高度50km左右有一个峰，地球上空15～50km存在着升温层。正是由于存在着 臭氧才有平流层的存在。而地球以外的星球因不存在臭氧和氧气，所以也就不存在平流层。 大气的温度结构对于大气的循环具有重要的影响，这一现象的起因也来自臭氧的高度分布。其三为 温室气体的作用，在对流层上部和平流层底部，即在气温很 低的这一高度，臭氧的作用同样非常重要。如果这一高度的臭氧减少，则会产生使地面气温 下降的动力。因此，臭氧的高度分布及变化是极其重要的。
    二、臭氧的分布和变化
    臭氧的分布如前图1-1-2所示。低纬度地区臭氧峰值较高，而高纬度地区的臭氧峰 值较低。
    臭氧总量随季节变化，高纬度地区从冬季到春季的总量都大。从冬季到春季高纬度地区臭氧 总量变大是传输效果引起的，属于力学作用。在低纬度平流层中生成的臭氧的大气被传送至 高纬度并沉降。由于这种运动在冬季到春季期间较为活跃，所以在这段时间内的臭氧浓度较 高。上述传输作用引起的臭氧变化只局限于平流层下部，但在高度30～35km的空间则相反，夏天 的臭氧浓度增高而冬天却降低。这与夏天通过光化学反应生成臭氧的速度较快是一致的，这 便是所谓的化学作用。
臭氧层与生命
    1995年诺贝尔化学奖授于对臭氧层的浓度平衡机制研究卓有成效的3位大气化学家，克鲁岑、罗兰和莫里那。从1840年Soh” nbein发现臭氧气体至今已157年，在这漫长的岁月中，随着科学及测量技术的不断进步，人类对臭氧层的认识日益深入，其中有著名的Chapman臭氧层光化学理论（1930年）及罗兰-莫里那理论（1974年）。1985年，法曼发现南极臭氧层有严重损失，1995年初，美国太空总署发布了卫星遥感测量结果，证实了罗兰-莫里那理论，使人们认识到臭氧层对于生命、全球气候以及人类的未来至关重要。
    在地球的大气层中，臭氧（O3）的含量极少，仅占空气的几百万分之一，主要集中在离地面10～50km的平流层，臭氧和氧气是氧元素的同素异构体，呈淡蓝色，因有一种鱼腥臭味，故名臭氧。1930年（Chapman首次提出了高空臭氧形成和破坏的理论，认为，臭氧的形成及破坏均与太阳中紫外辐射有关。
    氧及臭氧层的出现是生物进化发展的一个非常重要的转折点。据考，约25亿年前，地球不存在气体氧或很少，因而太阳中的紫外辐射可直接到达地球表面，太阳辐射的总能量中，紫外区段占到近1.5％。高能量的紫外辐射对化学进化乃至生命诞生的化学反应起到很重要的作用，尤其是240～290纳米的紫外区段对今天的生命本质物质——核酸和蛋白质有严重的破坏作用，假如没有臭氧层挡住紫外辐射，地球陆地上将荒芜一片，现在任何形式的生命在陆地上断难存在，这或许是生命诞生于原始海洋中的原因之一，有些科学家就曾提出，在原始海洋中的一定深度——足以过滤大多数紫外辐射，留下充分的紫外辐射来促成生命前驱的化学反应。
    另外，有资料表明，生命在34亿年前就已发生，那时的生命只能存在于海洋中，以防止紫外辐射的灼伤致死。其次，其进化速度与后来的生物相比甚为缓慢，因为海洋环境较之陆地环境稳定而均一得多。然而，海洋中的有机物毕竟是有限的，栖息于海洋中的原始生物生息发展最终会因食物匮乏而面临灭顶之灾，在这严重的选择压力下，能进行光合作用自己制造营养的自养生物诞生了，它们固定太阳能，用CO2合成营养，同时放出O2。由于自养生物不断发展，地球大气中O2的浓度不断升高，当时地球上的原始生物，绝大多数是厌氧的，然而为了生存，有许多形式的生命被迫接受了O2。这样，O2的大量出现，改变了生物进化的过程。第一，接受了O2的生物由原来的无氧呼吸变成了有氧呼吸，呼吸效率因此而提高了大约19倍，得到迅速而蓬勃的发展；第二，大量氧气吸收紫外辐射在地球中层大气形成了臭氧层，为海栖生物登陆发展提供了前所未有的“安全”环境，确实，当初简单的动物正是有氧后出现并得到进化发展的。在这漫长的二十几亿年的发展中，生命不知经历了多少次的兴衰。然而其间无论是旧种的灭绝，还是新种的诞生，除极少数生命早期遗留下来的厌氧种外，其余无一例外都是需氧的，尤其是产氧的绿色植物的繁荣发展，使臭氧层与生物相互依赖到了今天。然而，现在，臭氧层越来越受到人类活动的威胁。1985年，英国的约瑟夫·法曼在《自然》杂志上发表了他在南极做了近30年的臭氧观测结果，南极的臭氧浓度在几年间剧降了50％。高空臭氧本身存在自然的生成和破坏的动态平衡机制，然而随着人类工业文明的高度发展，这种平衡正在被人类所打破，尤其是本世纪以来，人造的氯氟碳化物，如CFC-11及CFC-12（俗称氟城昂）等，被广泛用作气雾剂、烟雾剂的压缩气体、泡沫充填材料及冰箱等的制冷介质。这些氯氟碳化物会在产品使用过程中或寿命结束后，被排放到大气中。由于此类物质性质极稳定，唯一的损失途径是紫外辐射照射下分解。当它们飘至臭氧层上空，高能的紫外辐射破坏其碳氯键，释放出氯原子。氯原子像催化剂一样，使臭氧破坏而消耗，即 Cl+O3→ClO+O2，ClO+O→Cl+O2。据计算，平均一个氟原子可以消耗10万个臭氧分子。对臭氧层有严重影响的还有氮氧化物，最明显的是NO。NO的来源主要是微生物的活动及飞机和汽车发动机产生的。此外，甲烷也被认为是对臭氧层破坏有重要影响的物质。据科学家估算，高空臭氧每减少1％，就会有额外2％的紫外辐射到达地球表面。这些紫外辐射会严重损伤动植物，并使人类皮肤癌的患病率大大提高。
    臭氧层除了屏蔽大量太阳中的紫外辐射外，还参与了大气环流。臭氧的减少，不仅直接给地球上的生命带来惨重的损失，而且使地球大气低层变暖、高层变冷，加重温室效应，从而导致地球气候和大气形式的更大变化。
    近年来，大气臭氧研究在国际组织的协调下显得十分活跃。相信在21世纪人类定会为保护臭氧层做出卓有成效的努力。
臭氧层保护与可持续发展
    当前，在世界范围内所面临的环境问题主要包括三个方面，生物多样性减少问题、全球变暖问题和极地臭氧层空洞问题。这三个全球性问题，严重威胁人类的生存发展。是我们无法回避和必须解决的问题。
    “可持续发展”是指既满足当代人的各种需求又保护生态环境，不对后代人的生存和发展构成威胁的发展。
    臭氧层损耗直至极地臭氧空洞的形成，从某一方面来说，正是我们的先辈和我们自己为获得物质文明的需要所采取的一系列活动导致的。臭氧层的继续损耗，不仅将会限制人类文明的继续发展，而且将会威胁到人类的生存。
    目前来说，解决这一问题的唯一方法，即减缓臭氧层继续耗减的唯一措施，就是淘汰消耗臭氧层物质(ODS)，使臭氧层中的臭氧浓度逐渐恢复到正常水平，以维护地球的正常生态环境，保证人类的可持续发展。
    大气层的组成
    地球大气层基本上由电离层、平流层、对流层等组成，对流层最接近地球，地球大气层质量的81%发生在对流层中，接近地表的空气主要由氮气(78.1%)、氧气(20.9%)和少量和氩气(0.9%)及二氧化碳(0.03%)组成。对流层中也含有水蒸汽和很少的“微量气体”甲烷、一氧化二碳、一氧化碳、氢气和臭氧。尽管这些气体的存在量很少，但它们使大气层象一个绝热毯一样围绕着地球。没有这一绝热毯，地球将冷得生命无法生存。
    臭氧是氧的一种存在形式。平流层中含有地球上90%的臭氧。尽管在整个平流层中均可发现臭氧，但在距地面大约25公里的一个区域内臭氧浓度最高，这一区域被称为“臭氧层”。
    太阳辐射透过大气层射向地面时，臭氧层几乎全部吸收太阳辐射中波长300nm以下的紫外线，保护地球上的生命免遭短波紫外线的伤害。所以，臭氧层犹如生物在地球上得以生存繁衍的保护伞。亿万年来，万物生灵已适应在这种保护条件的环境里生存了。
    1950年～1970年的测试数据表明，臭氧水平20年中处于稳定状态。70年代以来，根据世界各地地面观测站对大气臭氧总量的观测记录，全球臭氧总量有逐渐减少的趋势，而且减少的趋势越来越明显，并推断这种减少主要发生在臭氧层。臭氧层减少的一个最明显的表现就是南极“臭氧空洞”的观测。
    1974年，美国加利福尼亚大学教授罗兰(F.S.Rowland)和莫利纳(M.J.Molina)提出，正在世界上大量生成和使用的氯氟烃(CFCs)，化学稳定性好，不易在对流层分解，扩散入臭氧层，受到短波紫外线UV-C的照射，分解出Cl·自由基，参与了对臭氧的消耗。
    1986年和1987年9—11月，美国宇航局牵头组织了数10名科学家两次赴南极进行“国家臭氧探险(NOZE)”活动，寻求揭示臭氧空洞的生成机制。在第二次探险中获得了有效的探测结果。验证了罗兰和莫利纳的解释。
    中国的北京和昆明两个观测站，也对大气臭氧总量进行观测。1979—1989年的观测结果表明，两个站上空的臭氧总量都呈下降趋势。
    1985年2月，英国南极考察队队长法曼(J.Farman)发表报道说，他们从1977年起就发现南极上空的臭氧总量在每年9月下旬开始，迅速地减少一半左右，形成一个“臭氧空洞”，持续到11月逐渐恢复。
    1987年，“臭氧空洞”的面积为南半球的15%。1992年的面积更大，使智利和阿根廷的南部处于“臭氧空洞”内。
    1989年初，几个国家的200名科学家又到北极进行考察探测，同样发现在北极的春天，臭氧层中Cl·的浓度升高和臭氧的浓度降低，两者之间有明显的对应关系。但没有形成象南极那样大的“臭氧空洞”。
    臭氧层耗减的直接结果是使到达地表的中波紫外线UV-B辐射增加。中波紫外线UV-B能破坏蛋白质的化学键，彻底杀死微生物，破坏动植物的个体细胞，损害其中的脱氧核糖核酸(DNA)，引起传递遗传特性的因子变化，发生生物的变态反应。
    长期接受过量紫外线辐射，将引起细胞内的DNA改变，细胞的自身修复能力减弱，免疫机制减退，使皮肤发生弹性组织变性、角化以至皮肤癌变；诱发眼球晶体产生白内障等。
    过量的紫外辐射可使农作物如大豆、玉米、棉花、甜菜等的叶片受损，抑制其光合作用，导致减产，还能改变细胞内的遗传基因和再生能力，使农产品质量劣化。
    紫外辐射能穿透水下10m。过量的紫外线会杀死水中的微生物，削弱浮游植物的光合作用，破坏水生生物的食物链，引起水生生态系统发生变化，降低水体的自然净化能力，导致水生物大批死亡。
    过量紫外线除了直接危害人和生物机体外，还使城市环境恶化，进而损害人体健康，伤害植物生长和造成经济损失。城市工业在燃烧矿物燃料时排放氧化氮(NO和NO2)，与某些工业和汽车所排放的挥发性有机物(包括乙烷、丙烷、丁烷等非甲烷烃类)，共同在紫外线照射下会较快地发生光氧化反应，主要生产臭氧、过氧化烯烷基硝酸酯，以及硝酸、醛、有机酸和过氧化氢等。从而造成城市内近地面大气的臭氧浓度增高，引起光化学烟雾污染。
    美国环保局估计，当臭氧层耗减25%时，城市光化学烟雾的发生几率将增加30%，塑料等材料老化的经济损失将达47亿美元。
    半个多世纪以来，由于科学技术促进工业发展和生活质量的改善，人们广泛地使用氯氟烃(CFCs)和含溴氟烃(Halons)等，作为制冷制、发泡剂、喷射剂和灭火剂。从它们的应用中获得了丰富的物质文明享受。
    CFCs30年代被开发为制冷剂和发泡剂，推进了冰箱和空调广泛进入人们的生活中。到今天，CFCs得到经济领域广泛的应用。具有无毒、不燃、性能稳定、价格低廉等特点，是当时的一项优良的技术产品。
    现在许多情况表明，氯氟烃、含溴氟烃(哈龙)及其它一系列有机化合物是消耗臭氧层物质(ODS)。它们的大量排放对大气臭氧层构成严重威胁。
    臭氧层损耗是否能被停止和臭氧层能否恢复呢?回答是肯定的。一旦平流层的消耗臭氧物质被减少，臭氧层可以进行自身恢复。只有这样，才能使其恢复到产生和消失的自然平衡状态。然而，只有将所有的消耗臭氧物质完全限制以后，才能达到上述目的。
    臭氧层的恢复并不是一夜之间能完成的。消耗臭氧的化学物质要用几年的时间才能到达平流层，而且在平流层中某些物质可以存在几十年。就是现在将消耗臭氧的所有物质完全限制，平流层中消耗臭氧的物质的减少也是几十年以后的事情。
    1985年3月UNEP在奥地利首都维也纳举行了由21个国家政府代表参加的“保护臭氧层外交大会”，并通过了《关于保护臭氧层的维也纳公约》，标志着保护臭氧层国际统一行动的开始。1987年9月UNEP在加拿大蒙特利尔召开了有36个国家、10个国际组织共140名代表和观察员出席的“保护臭氧层公约关于含氯氟烃议定书全权代表大会”，经过讨论、修改，最后有24个国家签署了《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》。该议定书对5种CFCs和3种Halons的生产和消费实行控制。
    为加快在全球范围内对消耗臭氧层物质实施限制和淘汰，在1992年建立了蒙特利尔议定书多边基金，用以支持发展中国家逐步淘汰消耗臭氧层物质。“因为发达国家造成了问题，而发展中国家缺乏技术和资金。所以在过渡期间，必须给予发展中国家以资金和技术方面的支持。”
    到现在为止，对臭氧层消耗能力最强的物质，CFCs和Halons，在发达国家已经淘汰。其它消耗臭氧层物质也将在22年内淘汰。发展中国家的淘汰速度可比发达国家晚10～20年。
    从1986年到1996年的十年间，世界上CFCs的生产和消费量从100多万吨降至到不足20万吨，其中主要原因是发达国家已经淘汰了CFCs。由此可见，发达国家的消费和生产量是相当大的，对臭氧层的耗减应负主要责任。
    到1998年，发达国家已经为发展中国家提供了七亿多美元赠款用于淘汰消耗臭氧层物质。这点钱是远远不够的。我国新的国家方案中，从1999年到2010年用于淘汰消耗臭氧层物质的总的增加费用为11亿7千9百万美金，这还不包括甲基溴、医用气雾剂、FCFCs及其回收等项目。
    多边基金资助的国家数也在逐年增加。
    中国政府于1989年9月加入《保护臭氧层维也纳公约》，于1991年6月加入《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》，成为按《议定书》第五条第一款行事的缔约国。为使中国有效地遵循《议定书》控制措施，及时获得多边基金应提供的资金和技术援助，根据缔约国会议的要求，于1992年制定编写了《中国消耗臭氧层物质逐步淘汰根据方案》，经11个部委审阅会签，联合上报国务院。1993年1月由国务院批准后报送履行“蒙特利尔议定书”的多边基金执行委员会。
    1994年，考虑到烟草行业CFCs的消费量，上报了《国家方案烟草补充方案》为更有效的执行控制措施，通过进一步对国家行业消耗ODS物质的调查，1995年制定了行业淘汰战略。
    中国是目前世界上最大的ODS消费国，1995年产量达10万吨，到1997年产量达到7万吨。
    我国政府积极参与保护臭氧层国际合作，组建了国家保护臭氧层领导小组，采取了一系列淘汰ODS的活动，包括制定政策法规。并将颁布配额制度和许可证制度，以限制ODS的生产和消费。
    中国保护臭氧层领导小组成立于1992年，是中国政府跨部门间的协调机构，主要负责《维也纳公约》和《议定书》实施过程中的组织和协调工作。
    中国政府强调地方环境保护部门在ODS淘汰行动中的监督管理职能。地方环保部门的职责是：1)负责在地方一级贯彻实施有关的规章和政策；2)负责监督当地受控物质的生产、消费和进出口；3)通过排污申报登记制度掌握当地企业ODS的生产与消费状况；4)通过建设项目管理制度和环境影响评价制度控制ODS及其制品的新建、改建、扩建项目建设。
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