1、大气层中的臭氧层空洞的成因及影响的研究. 研究性学习开题报告 大气层中的臭氧层空洞的成因及影响的研究课题名称： 课题组成员： 组长： 指导教师： 研究学科：综合 班级： 及： 一、课题背景、意义及概念界定 1、背景说明年来，人类文明呈爆炸式发展，各方面研究都有了质的飞跃，出现了近50 但它们也给地球带来了巨大的危害，电器等等，越来越多的方便我们生活的物品， 各种如臭氧层空洞之类的环保问题层出不穷。 、课题的意义2必须 为了让学生能自觉增强保护环境意识，树立以人为本的可持续发展观，深入地了解当今世界所面对的严峻的环保形势，学会从小事做起，从现在做起，本课题主要是围绕大气层中的臭氧层空洞的成因从我
2、做起热爱环境、爱护自然。提高并让学生就问题进行深入的探究，从多方面了解该课题，及影响进行研究， 环保意识。 3、概念界定中，我们称之为臭的20Km-50Km大气自然界中的臭氧，大多分布在距地面 氧层。臭氧层中的臭氧主要是紫外线制造出来的。大家知道，太线中的紫外线分. . ）的氧气分子受到短波紫外线照射时，两种，当大气中（含有21%为长波和短波如与氢极易与其他物质发生反应。氧原子会分解成原子状态。的不稳定性极强，。同样的，与氧H2O)（H2）反应生成水（，与碳（C）反应生成）二氧化碳（CO2。臭氧形成后，由于其比重大于氧气，O3）反应时，就形成了臭氧（分子（O2不，臭氧会逐渐的向臭氧层的底层降落
3、，在降落过程中随着温度的变化（上升）臭氧层就是保持了长波稳定性愈趋明显，再受到紫外线的照射，再度还原为氧。 。这种氧气与臭氧相互转换的动态平衡 二、研究的目标与容 研究目标：、收集有关大气层中臭氧层过去与现在的情况进行对比，找出近十年来臭氧层1 的变化。、了解臭氧层空洞对人类生产生活的危害，从而认识到保护环境的重要性，迫2 切性。、通过上网，查阅图书，询问相关人员等多种形式了解臭氧层被破坏的原因及3 过程。 4、通过分析，了解人类活动对臭氧层的影响，提出保护大气层的设想。 研究容： 1、调查收集臭氧层空洞的情况。 2、分析造成臭氧层空洞的原因。 3、分析臭氧层空洞对人类危害。 、提出保护大气层
4、的可行设想4研究性学习结题报告 . . 一、研究成果 1、什么是臭氧层空洞 浓度相中的 臭氧层是指臭氧大气层平流层。紫外线对较高的部分，其主要作用是吸收短波氧大气层的臭氧主要以紫外线打击双原子的，然后每个原子和没有原子气，把它分为两个分裂的氧合并成臭氧。臭氧分子不稳定，紫外，形成一氧原子线照射之后又分为氧气分子和自然界中的臭氧层大多分布在离如此产生臭氧层。个继续的过程臭氧氧气循环，日，月1千米的高空。臭氧层中的臭氧主要是紫外线制造。2011年11地2050面积的最大值超今年以来测到的南极上空臭氧层空洞日本气象厅发布的消息称，年的平均水平值。过去年，已相当于过去10 、臭氧层的作用2 其一为保大
5、气臭氧层主要有三个作用。臭氧层阻挡紫外臭氧层能够吸收太护作用，下的紫外线，主要以306.3nm 线中的波长和全部300nm)290B(波长UV是一部分，保护地球上的人类波长C(290nm=的UV紫外线中波UV-A和动植物免遭短波紫外线的伤害。只有长波紫外线和少量的伤害要比中波紫外线轻微得能够辐射到地面，长波紫外线对生物细胞的 UV-B。其二为加热多。所以臭氧层犹如一件保护伞保护地球上的生物得以生存繁衍 . . 大气作用，臭氧吸收太中的紫外线并将其转换为热能加热大气，由于这种作用 正是由存在着升温层。左右有一个峰，地球上空50km温度结构在高度1550km和氧气，所臭氧 臭氧才有平流层的存在。而
6、地球以外的星球因不存在于存在着大气的温度结构对于大气的循环具有重要的影响，这一以也就不存在平流层。 上部和平在对流层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，如果这一高度即在气温很低的这一高度，臭氧的作用同样非常重要。流层底部，臭氧的高度分布及变化是则会产生使地面气温下降的动力。因此，的臭氧减少， 极其重要的。动物及植物有害波长的紫外流层中的臭氧吸收掉太阳放射出的大量对人类、波长），为地球提供了一个防止紫外辐射有UV-B329纳米，称为线辐射（240却起着温室气体的不利作用。臭氧遍布整个对流层，害效应的屏障。但另一方面，在那里得到大部分具有活在平流层中臭氧耗损，主要是通过动态迁移到
7、对流层，性催化作用的基质和载体分子，从而发生化学反应而被消耗掉。臭氧主要是与 中含有的活泼自由基发生同族气相反应。ClOX和BrOX、HOX、NOX 、臭氧层破坏的原因3 ）当氟氯碳化物漂浮在空气中（1时，由于受到中紫外线的影响，开始分解释出氯原子出来。 常喜这些氯原子的活性极大，）（2 欢与其它物质结合。因此当它遇到臭氧的时候，便开始产生化学变化！. . ），而氯原子就与氧原O2O）及一个氧分子（3）臭氧被迫分解成一个氧原子（ 子相结合。）可是当其它的氧原子遇到这个氯氧化和的分子，就又把氧原子抢回来，组4（ O2），而恢复成单身的氯原子就又可以去破坏其它的臭氧了！成一个氧分子（年代氟利昂等消
8、耗臭氧物质是臭氧层破坏的元凶，氟利昂是本世纪20 合成的，其化学性质稳定，不具有可燃性和毒性，被当作制冷剂、发泡剂和清洗80剂，广泛用于家用电器、泡沫塑料、日用化学品、汽车、消防器材等领域。在对氟利昂实行控144万吨。年代后期，氟利昂的生产达到了高峰，产量达到了万吨。由于它们在大气中2000制之前，全世界向大气中排放的氟利昂已达到了其部分仍然停留在对所以排放的大部分仍留在大气层中，的平均寿命达数百年，在上升进入平流层后，在对流层相当稳定的氟利昂，流层，一小部分升入平流层。分解释放出的氯原子同会在强烈紫外线的作用下被分解，在一定的气象条件下，科学家估计一个氯原子可以破坏数万不断破坏臭氧分子。臭氧
9、会发生连锁反应， 个臭氧分子。年代合成氟利昂等消耗臭氧物质是臭氧层破坏的元凶，氟利昂是本世纪20 的，其化学性质稳定，不具有可燃性和毒性，被当作制冷剂、发泡剂和清洗剂，年代80广泛用于家用电器、泡沫塑料、日用化学品、汽车、消防器材等领域。在对氟利昂实行控制之万吨。产量达到了144后期，氟利昂的生产达到了高峰，万吨。由于它们在大气中的平前，全世界向大气中排放的氟利昂已达到了2000其部分仍然停留在对流层，所以排放的大部分仍留在大气层中，均寿命达数百年，在一在对流层相当稳定的氟利昂，在上升进入平流层后，一小部分升入平流层。分解释放出的氯原子同臭氧定的气象条件下，会在强烈紫外线的作用下被分解，. .
10、 会发生连锁反应，不断破坏臭氧分子。科学家估计一个氯原子可以破坏数万个臭氧分子。 4、臭氧层空洞对人类和自然的影响 臭氧层被大量损耗后，吸收紫外辐射的能力大大减弱，导致到达地球表面的紫外线B明显增加，给人类健康和生态环境带来多方面的的危害，已受到人们普遍关注的主要有对人体健康、陆生植物、水生生态系统、生物化学循环、材料、以及对流层大气组成和空气质量等方面的影响。 对健康的影响 紫外线的增加对人类健康有严重的危害作用。潜在的危险包括引发和加剧眼部疾病、皮肤癌和传染性疾病。对有些危险如皮肤癌已有定量的评价，但其他影响如传染病等仍存在很大的不确定性。实验证明紫外线会损伤角膜和眼晶体，如引起白障、眼球
11、晶体变形等。据分析，平流层臭氧减少1%，全球白障的发病率将增加0.6-0.8%，全世界由于白障而引起失明的人数将增加10,000到15,000人；如果不对紫外线的增加采取措施，到2075年，UV-B辐射的增加将导致大约1800万例白障病例的发生。 . . 紫外线的增加能明显地诱发人类常患的三种皮肤疾病。这三种皮肤疾病中，利用动物实验和人类流行病学的数据资巴塞尔皮肤瘤和鳞状皮肤瘤是非恶性的。，非恶性皮肤瘤的发病率将料得到的最新的研究结果显示，若臭氧浓度下降10%。另外的一种恶性黑瘤是非常危险的皮肤病，科学研究也揭示了段紫会增加26%这种危害对浅肤色的人群特别是儿童期尤其严外线与恶性黑瘤发病率的在
12、联系， 重；人改变，长期暴露于强紫外线的辐射下，会导致细胞的DNA已有研究表明，这将使许多发展中国家本来人体抵抗疾病的能力下降。体免疫系统的机能减退，尤其是包大量疾病的发病率和严重程度都会增加，就不好的健康状况更加恶化，括麻疹、水痘、疱疹等病毒性疾病，疟疾等通过皮肤传染的寄生虫病，肺结核和 麻疯病等细菌感染以及真菌感染疾病等； 对生态的影响在许多国家，以上的动物蛋白质来自海洋，满足人类的各种需求。世界上30%因此很有必要知道紫外辐射增加后尤其是发展中国家，这一百分比往往还要高。海洋在与全球变暖有关的问题中也具有十此外，对水生生态系统生产力的影响。它海洋浮游植物的吸收是大气中二氧化碳的一个重要去
13、除途径，分重要的作用。气体的海洋对们对未来大气中二氧化碳浓度的变化趋势起着决定性的作用。CO2 吸收能力降低，将导致温室效应的加剧。海洋浮游植物并非均匀分布在世界各大洋中，通常高纬度地区的密度较大，倍。除可获取的营养物，温度，盐度和到10100热带和亚热带地区的密度要低在热带和亚热带地区普遍存在的紫外线的含量过高的现象也在浮游植物的光外， 分布中起着重要作用。. . 生物在光照即水体表层有足够光照的区域，浮游植物的生长局限在光照区，许多浮游植物也能够自由运区的分布地点受到风力和波浪等作用的影响。另外，暴露于紫外线下会影响浮游植物的定向分布和移动以提高生产力以保证其生存。 动，因而减少这些生物的
14、存活率。有足够研究人员已经测定了南极地区紫外线辐射及其穿透水体的量的增加，对臭氧洞围和臭氧洞以外地证据证实天然浮游植物群落与臭氧的变化直接相关。浮游植物生产力下降与臭氧减少造成区的浮游植物生产力进行比较的结果表明，的紫外线辐射增加直接有关。一项研究表明在冰川边缘地区的生产力下降了。由于浮游生物是海洋食物链的基础，浮游生物种类和数量的减少还会影6-12%，25%响鱼类和贝类生物的产量。据另一项科学研究的结果，如果平流层臭氧减少 。，这将导致水面附近的生物减少35%10%浮游生物的初级生产力将下降两栖动物和其它动物的早期发育阶蟹、研究发现中的紫外线辐射对鱼、虾、即使在现有的水段都有危害作用。最严重
15、的影响是繁殖力下降和幼体发育不全。紫外线的照射量很少量的增加就会导致消费者生物平下，紫外线已是限制因子。 的显著减少。还只尽管已有确凿的证据证明紫外线辐射的增加对水生生态系统是有害的， 能对其潜在危害进行粗略的估计。 对循环的影响大气从而改变地球紫外线的增加会影响陆地和水体的生物地球化学循环，-如温室气体和对化学反应具这一巨系统中一些重要物质在地球各圈层中的循环，）、一氧化CO2有重要作用的其他微量气体的排放和去除过程，包括二氧化碳（等。这些潜在的变化将对生物圈和大气圈之间）及）、氧硫化碳（碳（COCOSO3. . 的相互作用产生影响。对陆生生态系统，增加的紫外线会改变植物的生成和分解，进而改
16、变大气中重要气体的吸收和释放。当紫外线光降解地表的落叶层时，这些生物质的降解过程被加速；而当主要作用是对生物组织的化学反应而导致埋在下面的落叶层光降解过程减慢时，降解过程被阻滞。植物的初级生产力随着紫外线辐射的增加而减少，但对不同物种和某些作物的不同栽培品种来说影响程度是不一样的。 在水生生态系统中紫外线也有显著的作用。这些作用直接造成紫外线对水生生态系统中碳循环、氮循环和硫循环的影响。紫外线对水生生态系统中碳循环的影响主要体现于紫外线对初级生产力的抑制。在几个地区的研究结果表明，现有紫外线辐射的减少可使初级生产力增加，由南极臭氧洞的发生导致全球紫外线辐射增加后，水生生态系统的初级生产力受到损
17、害。除对初级生产力的影响外，紫外辐射还会抑制海洋表层浮游细菌的生长，从而对海洋生物地球化学循环产生重要的潜在影响。紫外线促进水中的溶解有机质（DOM）的降解，使得所吸收的紫外辐射被消耗，同时形成溶解无机碳（DIC）、CO以及可进一步矿化或被水中微生物利用的简单有机质等。紫外线增加对水中的氮循环也有影响，它们不仅抑制硝化细菌的作用，而且可直接光降解象硝酸盐这样的简单无机物种。紫外线对海洋中硫循环的影响可能会改变COS和二甲基硫（DMS）的海-气释放，这两种气体可分别在平流层和对流层中被降解为硫酸盐气溶胶。 5、臭氧层空洞在近50年来的变化 1984年，英国科学家首次发现南极上空出现臭氧洞。198
18、5年，美. . 号”气象卫星测到了这个臭氧洞。“雨云-7国的 15 - 在过去 10 1985 年，英国科学家法尔曼等人在南极哈雷湾观测站发现：的臭氧被破坏。有近 95% 年间、每到春天南极上空的臭氧浓度就会减少约 30%，直高空的臭氧层已极其稀薄，与周围相比像是形成一个“洞”，从地面上观测，此洞覆盖面积有时比美“臭氧洞”由此而得名。卫星观测表明，径达上千公里，几乎相， 1997 年增大约 15%国的国土面积还要大。到 1998 年臭氧空洞面积比年南极上1998 当于三个澳大利亚大。前不久，日本环境厅发表的一项报告称， 比南极大陆还大约 2720 万平方公里，空臭氧空洞面积已达到历史最高记录，
19、为 1 倍。在被美、日、英、俄等国家联合观测发现，北极上空臭氧层也减少了 20%称为是世界上“第三极”的青藏高原，中国大气物理及气象学者的观测也发现，根据全球总臭氧观测的的速度减少。 10 年 2.7% 青藏高原上空的臭氧正在以每 。 1% - 5%1978 - 1991 结果表明，除赤道外，年总臭氧每 10 年间就减少 、人类控制臭氧层破坏的途径和政策 6氟利昂等物质应用 在现代经济中，. . 非常广泛，要全面淘汰，必须首先找到氟利昂等的替代物质和替代技术。在特殊情况下需要使用，也应努力回收，尽可能重新利用。目前，世界上一些氟利昂的主要生产厂家参与开发研究了替代氟利昂的含氟替代物（含氢氯氟烃
20、HCFC和含氢氟烷烃HCF等）及其合成方法，有可能用作发泡剂、制冷剂和清洗溶剂等，但这类替代物也损害臭氧层或产生温室效应。同时，也在开发研究非氟利昂类型的替代物质和方法，如水清洗技术、氨制冷技术等。 为了推动氟利昂替代物质和技术的开发和使用，逐步淘汰消耗臭氧层物质，许多国家采取了一系列政策措施，一类是传统的环境管制措施，如禁用、限制、配额和技术标准，井对违反规定实施严厉处罚。欧盟国家和一些经济转轨国家广泛采用了这类措施。一类是经济手段，如征收税费，资助替代物质和技术开发等。美国对生产和使用消耗臭氧层物质实行了征税和可交易许可证等措施。另外，许多国家的政府、企业和民间团体还发起了自愿行动，采用各
21、种环境标志，鼓励生产者和消费者生产和使用不带有消耗臭氧层物质的材料和产品，其中绿色冰箱标志得到了非常广泛的应用。 1985年，在联合国环境规划署的推动下，制定了保护臭氧层的维也纳公约。1987年，联合国环境规划署组织制定了关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书，对8种破坏臭氧层的物质（简称受控物质）提出了削减使用的时间要求。这项议定书得到了163个国家的批准。1990年、1992年和1995年，在伦敦、哥本哈根、维也纳召开的议定书缔约国会议上，对议定书又分别作了3次修改，扩大了受控物质的围，现包括氟利昂（也称氟氯化碳CFC）、哈伦（CFCB）、四氯化碳（CCL4）、甲基氯仿（CH3CCl3）、氟氯
22、烃（HCFC）和甲基溴（CH3Br）等，并提前了停止使用的时间。根据修改后的议定书的规定，发达国家到1994. . 月停止使用氟利昂、四氯化碳、甲基氯仿；发1月停止使用哈伦，1996年年1年全部停止使用氟利昂、哈伦、四氯化碳、甲基氯仿。中国于2010展中国家到 年加入了蒙特利尔议定书。1992月在伦敦召开的议定书缔约国第二次会61990年 为了实施议定书的规定，对发展中国家淘汰有关物质提供资金援助和技术支持。决定设立多边基金，议上，多边1995年底，年建立了临时多边基金，19911994州年转为正式多边基金。到 1100多个项目。基金共集资4.5亿美元，在发展中国家共安排了年，经济发达国家已经
23、停止使用大部分受控物质，但经济转轨国家没有到1995年停止使用，2010按议定书要求削减受控物质的使用量。发展中国家按规定到受控物质使用量目前仍处于增长阶段。中国由于经济持续高速增长，家用电器、泡沫塑料、日用化学品、汽车、消防器材等产品都大幅度增长，受控物质使用量 年增长了一倍以上，成为世界上使用受控物质最多的国家之一。比1986向大气目前，从各项国际环境条约执行情况而言，这项议定书执行的是最好的。年起，对流层中消耗臭氧层物1994层排放的消耗臭氧屋物质已经逐年减少，从年，平流层中消耗臭氧层物质的浓度将达到最大质浓度开始下降。预计到2000年，即至100限度，然后开始下降。但是，由于氟利昂相当
24、稳定，可以存在50年以后才有可能完全复原。2050使议定书完全得到履行，臭氧层的耗损也只能在月世界气象组织发表的研究报告和联合国环境规划署作出的预测，61998年另据世纪中期臭氧21人类才能看到臭氧层恢复的最初迹象，大约再过20年，只有到 60年代的水平。层浓度才能达到本世纪 二、研究心得及体会 . . 极锻炼了我们分工明确，我们组员团结一致， 在这次的研究性学习报告中，我们也体会到了当今社会面临的对臭氧层空洞的深入研究中，团结协作的能力，提高环保意识。迫切性，严峻的环境问题，这也使我们认识到保护环境的重要性， 并提倡同学家人也开始节约能源，保护环境。提高能力，亲身体验，在愉快的心情中自主学习，在开放的情境中主动探索， 我们在研究性学习中不断收获，得到锻炼，提升自我。 .
