平流层臭氧损耗的影响
米歇尔·m·BETSILL
1介绍
1928年,查尔斯凯特林和托马斯·麦Jr .)科学家与通用汽车的研究公司在代顿,俄亥俄州,发明了氯氟烃(cfc)作为一个安全的替代有毒和易燃的制冷剂。1974年,马里奥·莫利纳和f·舍伍德罗兰的一篇论文发表在自然杂志上的有关使用氯氟烃破坏地球的平流层臭氧层。今天,国际社会已经取得了实质性的进展逐步淘汰氟利昂的生产和消费,在建立的机制应该帮助恢复受损的臭氧层。
臭氧是一种分子由三个氧原子组成的(03)。大约90%的地球臭氧在的大气平流层,该地区10至15公里以上地球表面。平流层臭氧帮助调节地球的大气温度结构通过吸收有害的紫外线(uv - b)。
平流层臭氧损耗主要是由人造化学物质含有氯的各种组合、氟、溴、碳和氢。总的来说,这些化合物被称为卤烃。他们可分为含碳化合物,氯,氟(氟氯化碳)和含碳,溴,氟(卤)。氯氟烃被用于制冷、空调系统、泡沫吹代理,清洁电子元件,当溶剂。卤代主要是用于灭火器。这些化合物分解,当他们进入大气;然后氯和溴原子与臭氧反应催化其破坏(世界气象组织,1995)。
手册的天气、气候和水:大气化学、水文、和社raybet雷竞技最新会影响,由托马斯·d·波特和编辑布拉德利·r·科尔曼。约翰•威利& Sons ISBN 2003©0-471-21489-2公司。
人造物质的可能性可能会导致平流层臭氧损耗首次提出是在1960年代末和1970年代初的争论一个大型舰队的发展雄心勃勃的超音速运输(SST)飞机。这些飞机被设计在音速飞行在45000英尺的高度(进入平流层)。海温程序提出的反对者担心飞机会导致的音爆。一些科学家还建议,水蒸气和一氧化二氮排放量太平洋将催化化学过程导致平流层臭氧分子的分解。美国,引发了公众的强烈抗议音爆的问题和不利的经济方面的完整实现,取消其风场项目之前一氧化二氮、臭氧损耗之间的关系可以进一步调查(Cagin运货马车,1993;NAS, 1975)。莫利纳,罗兰1974篇文章,引起了科学界探索人造物质的作用在平流层臭氧层的损耗。1995年,罗兰和Molina被授予诺贝尔化学奖为他们的工作在解释如何平流层臭氧层被摧毁。他们分享这个奖项与Paul Crutzen公认的研究把氮氧化物和臭氧损耗。这标志着第一次诺贝尔奖被授予环境工作(利普金,1995)。
2平流层臭氧损耗的影响
平流层臭氧损耗被认为是一个环境问题需要国际社会的关注,因为它会影响人类和自然环境。当平流层臭氧含量下降,到达地球表面的紫外线量的增加(世界气象组织,1995)。uv - b辐射最高的变化在两个半球,情理之中而增加是相当小的热带地区(环境署,1994)。水平的提高紫外线影响人类健康,植物和动物物种的生产率,以及生态系统的构成。
对人类健康的影响
紫外线照射对于人类来说确实有一些好处。例如,启动生产维生素D3,这被认为是抑制肿瘤细胞的生长(环境署,1996)。然而,平衡的证据表明,平流层臭氧损耗对人体健康的影响是负面的。主要风险包括眼科疾病的发病率增加,皮肤癌和传染病。当紫外线水平增加,两个主要器官系统暴露:眼睛和皮肤。臭氧损耗的影响是通过这两个系统(介导Longstreth et al„1995;联合国环境规划署,1998)。
证据表明,uv - b增加辐射暴露可能与白内障的发病率的增加,湿润的眼睛的镜头(Longstreth等,1995;联合国环境规划署,1998)。一个对这个问题的研究报道,平流层臭氧损耗增加1%会导致白内障的发病率增加0.8%至0.6(环境署,1994;参见联合国环境规划署,1998)。
最广为人知的增强uv - b辐射对人类健康的影响是皮肤癌。uv - b辐射损害脱氧核糖核酸(DNA),这可能会导致基因突变,癌症细胞的形成。一些研究估计,平均平流层臭氧浓度持续下降10%将导致250000例新病例的非黑素瘤皮肤癌。这是每年除了已报告120万例(Longstreth et al ., 1995;联合国环境规划署,1996)。许多动物,如牛、山羊、绵羊、猫、狗,也增加患皮肤癌的风险由于暴露于uv - b辐射增加(环境署,1998)。
在评估的影响《蒙特利尔议定书》及其修正案保护臭氧层,滑冰怪和他的同事(1996)认为这些努力将显著降低皮肤癌的发病率的增长速度在未来的世纪。他们发现下一个场景,没有限制臭氧消耗物质的生产和消费,会有皮肤癌的发病率更是涨到2100年。根据《蒙特利尔议定书》的规定(含氯氟烃的生产减少50%到1999年),一倍皮肤癌的发病率可能会在同一时期。相反,他们发现哥本哈根修正案场景(一个完整的逐步淘汰生产21臭氧消耗物质的1月1日1996年)会导致皮肤癌发病率增加10%,在2060年达到顶峰。这项研究成果支持了国际努力战斗平流层臭氧损耗的重要性。
研究人员认为,皮肤暴露在紫外线辐射水平上升也与人类免疫系统的修改。因此,免疫系统的能力应对某些传染性疾病,如肺结核、麻风病、莱姆病、受损(环境署,1998)。Longstreth和她的同事(1995)预测,更高水平的紫外线会导致增加红斑狼疮等疾病的严重程度和持续时间,而不是增加他们的发病率。
对水生系统的影响
平衡的证据表明,增加紫外线辐射会对许多种类的有害影响水生生物和水生系统他们住(范围,1993;联合国环境规划署,1998)。例如,在南极的研究与uv - b增加减少浮游植物生产力水平。浮游植物是海洋食物链的基础。uv - b辐射影响DNA、光合作用、酶活性和氮的浮游植物。减少浮游植物生产力可能会导致减少生产力进一步食物链。据估计,平流层臭氧减少16%的损失可能会导致5%的浮游植物导致全球每年损失700万吨鱼(Hader et al ., 1995;联合国环境规划署、1994、1996)。图1演示了uv - b的影响辐射对浮游植物。
研究人员还发现,增强uv - b辐射破坏的早期发展一些种类的鱼,虾,螃蟹,并最终影响他们的能动性(Hader et al ., 1995)。在破坏性的水生生物,平流层
太阳能uv - b辐射增强对phytoplai的影响
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减少二氧化碳水槽吗?
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图1不受uv - b辐射对浮游植物的影响(从Hader et al, 1995年,p . 178)。
臭氧损耗严重影响了世界粮食供应。在全球范围内,30%的人类所食用的动物蛋白来自海洋。发展中国家的比例要高得多(环境署,1998)。雷竞技手机版app这些影响尤其令人担忧的世界人口的增长。
对陆生植物和生态系统的影响
科学认识的增强的uv - b对陆生植物的影响和生态系统是不完整的。大多数的研究已经在生长室和温室控制的条件下进行的,条件往往是完全不同的从那些有经验的。因此,研究人员认为有必要使用谨慎做出概括增强的uv - b对陆生植物的影响。现有的研究结果需要验证在野外条件下(考德威尔et al ., 1995)。
保持现有研究的局限性,仍然可以做一些关于增强的uv - b对陆生植物的影响。紫外线辐射的增加可能似乎都对植物的直接和间接影响。一些植物物种表现出叶面积的减少和/或茎增长暴露在更高水平的紫外线。此外,紫外线也可以抑制光合作用,破坏植物DNA,以及改变开花的时间花在一些物种的数量。后者已经暗示了传粉者的可用性,因此植物的繁殖能力(考德威尔et al ., 1995;联合国环境规划署,1998)。uv - b对植物的影响并不总是直截了当,而是取决于物种,品种,和发育阶段的植物以及土壤中矿物质营养,干旱和当地空气污染物(考德威尔et al ., 1995;联合国环境规划署,1998)。
在影响植物,增强uv - b辐射可能最终导致整个生态系统发生变化。在非农生态系统(例如,森林和草原),植物可能会改变一些物种的平衡不能够响应增加紫外线辐射和他们的工作效率也会下降。同时,更具响应性物种的生产率可能会增加。生态系统将会改变整个物种组成,将物种相互作用和生态系统动力学(考德威尔et al ., 1995;联合国环境规划署,1998)。
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增加紫外线辐射水平也会影响二氧化碳(CO2)的平衡的生物圈,最终导致全球气候变化的问题。raybet雷竞技最新例如,浮游植物吸收二氧化碳。正如上面所讨论的,平流层臭氧损耗导致增强的uv - b与浮游植物的生产力下降。这意味着减少主要的下沉,导致大气二氧化碳水平的升高(Hader et al ., 1995)。此外,更高水平的紫外线辐射可能增加无生命的有机物的分解率,减少光合作用,从而增加排放的二氧化碳数量
3国际对平流层臭氧损耗919
10月(南国春)近60%南极洲上空的臭氧层枯竭(法曼et al ., 1985),研究人员还发现,全球其他地区的经验季节性平流层臭氧层的减少。在情理之中,减少最严重的冬天春天/月(世界气象组织,1995)。
1992年和1993年南极臭氧“洞”是历史上最严重;在一些地区,平流层臭氧减少99%以上。然而,研究人员认为,这些消逝至少部分是由于火山喷发的皮纳图博火山喷发1991年火山。火山喷发释放大量的硫酸盐气溶胶喷射到平流层,据信提高催化剂的氯和溴的有效性臭氧层的破坏(世界气象组织,1995年)。
消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》于1987年9月签署的28个国家。雷竞技手机版app《蒙特利尔议定书》确立了国家的具体措施来控制全球几个臭氧消耗物质的排放。雷竞技手机版app具体地说,协议呼吁冻结臭氧消耗物质的消费和生产在1986年的水平,到1990年,减少20%,到1994年,其次是进一步减少到1999年的30%。该协议在1989年1月生效。而臭氧层空洞的报道可能会促使国家迅速采取行动的问题上臭氧损耗、*这一事实的主要氟生产商承诺选择在相对雷竞技手机版app较短的时间也可以开发促进国际合作。
《蒙特利尔议定书》自1987年以来经历了四个主要的修正。伦敦《蒙特利尔议定书》修正案通过缔约方会议(COP) 1990年6月在他们第二次见面。这些修正案要求工业化国家完全淘汰氟利昂2000年和扩大臭氧消耗物质的数量控制协议(雷竞技手机版app已婚男人,1991;牧师和格林,1995)。协议进一步修订1992年,警察在哥本哈根会议。这次会议的最重要的结果是,氯氟烃的逐步淘汰日期搬到1月1日,1996(牧师和格林,1995)。1997年9月,方采用了蒙特利尔修改协议,加强监管的甲基溴化。介绍了2002年1999年北京修正案逐步淘汰溴氯甲烷和放置控制生产和贸易的hydrochlorofluorocarbons(氢氯氟碳化合物- CFC替代品)。截至2002年4月,有183年的《蒙特利尔议定书》各缔约方。
根据1995年由世界气象组织(WMO)评估,预计臭氧层恢复下个世纪中期由于这些国际努力。氟氯化碳的大气一生几十年,因此还需要一段时间这些臭氧消耗物质的浓度降低。研究人员预计全球紫外辐射在19世纪末20世纪初达到顶峰之后,他们预计大气浓度的氯和溴开始下降,从而降低臭氧损耗(环境署,1998;世界气象组织,1995年)。图3说明了《蒙特利尔议定书》及其修正案对平流层臭氧水平。
*有争论的角色在国际政策过程中臭氧空洞。有关更多信息,请参见班尼迪克(1991),兰布来特(1995),Morrisette(1992),杉(1995)。
——破坏平流层臭氧氯/溴
15000年
12000年
c o w 9000
6000年
3000年
/ /蒙特利尔
/协议
哥本哈根修正案t t我我我我我我我我我t t 1 1 1 1 1我
1950 1975 2000 2025 2050 2075 2100年
图3蒙特利尔议定书对平流层臭氧浓度的影响(世界气象组织,1994年,p . 28)。
剩余4挑战解决平流层臭氧损耗
尽管巨大的进展在解决平流层臭氧损耗的问题,挑战仍然存在。例如,主要替代氯氟烃,氢氯氟碳化合物和氢氟碳化合物(HFCs),并不是完全对平流层臭氧和良性的影响可能造成其他环境风险。氢氯氟碳化合物有可能耗尽平流层臭氧。然而,他们大气寿命要短得多比氯氟烃;因此他们的臭氧消耗潜力低于cfc和卤(世界气象组织,1995)。此外,一些氢氯氟碳化合物和高果糖玉米糖浆与大气中的代理反应生成三氟乙酸(组织)。一旦产生,组织通过降水返回地球表面。组织是温和的海洋和淡水浮游植物有毒。有人担心组织水平在某些地区,特别是那些有限制水生流出,将成为有毒(Haderet, 1995;Schwarzbach, 1995)。
或许剩下的最大的挑战在解决平流层臭氧损耗是需要调节甲基溴化。溴来自甲基溴,大约50倍更有效地破坏平流层臭氧比氯(O ' meara, 1996;世界气象组织,1995年)。甲基溴,大气平均寿命为1.3岁,占5 - 10%的观察臭氧损耗。这可能增加到17%如果排放量持续增长在当前利率(O ' meara, 1996)。
大多数的溴化甲烷进入大气中源于海洋。这个来源占60 - 160 ktons甲基溴。主要的人为来源来自土壤熏蒸(每年20到60 ktons)、生物质燃烧(每年10至50 ktons),使用含铅汽油和汽车废气(0.5 - 1.5每年ktons)(世界气象组织,1995)。除了消耗臭氧层的潜力,甲基溴化也是剧毒对人类和动物。暴露可能导致各种症状包括头晕、头痛、恶心、呼吸道刺激、持续四肢麻木,抽搐、,在极端的情况下,昏迷或死亡(Longstreth et al ., 1995)。
党,1992年《蒙特利尔公约》认为,发达国家应该冻结甲基溴的生产到1995年在1991年的水平。雷竞技手机版app他们加强了监管,1995年又1997年,同意由阶段20005年1月1日。*发展中国家需要冻结甲基溴雷竞技手机版app的生产在2002年基于平均为1995年至1998年。蒙特利尔修正案于1997年通过,成立了一个时间表逐步淘汰甲基溴的生产在2015年在发展中国家。雷竞技手机版app不幸的是,这些法规只属于甲基溴的生产;他们什么都不做,消除使用甲基溴。
5的结论
平流层臭氧损耗的情况下,国际反应提供了经验处理未来类似的环境挑战。首先,它说明了技术可能的原因和解决全球环境问题。氟氯化碳的发展和作为杀虫剂使用甲基溴从1930年代开始增加了大气中臭氧消耗物质的浓度,从而增加了臭氧损耗的速率。同时,氢氯氟碳化合物和高果糖玉米糖浆等替代技术的发展往往被视为激励的关键国家采取积极的措施来解决臭氧损耗的问题。雷竞技手机版app没有这些替代品,逐步淘汰氟利昂的使用成本高昂。
臭氧的案例也提醒我们,没有简单的权衡。虽然氯氟烃臭氧消耗高潜力,他们的选择并不完全环保的。确实有一些臭氧消耗氢氯氟烃和氢氟烃潜力(尽管远低于氯氟烃)和其他可能对环境的负面影响。解决环境问题常常需要做出痛苦的选择。
*美国将逐步淘汰甲基溴的生产在2001年作为清洁空气法案的一部分,1990年的修正案。
引用
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