l985年2月,英國(guó)南極考察隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)法曼(J.Farman)首次報(bào)道,從1977年起就發(fā)現(xiàn)南極洲上空的臭氧總量在每年9月下旬開始迅速減少一半左右,形成“臭氧空洞”持續(xù)到11月逐漸恢復(fù),引起世界性的震驚。
氯原子和一氧化氨(NO)都能與臭氧反應(yīng),正在世界大量生產(chǎn)和使用的CFCs制冷劑,由于其化學(xué)穩(wěn)定性好(如CFC-12在大氣中壽命為120年),不易在對(duì)流層分解,通過大氣環(huán)流進(jìn)入臭氧層所在的平流層,在短波紫外線UVC的照射下,分解出Cl·自由基,參與了對(duì)臭氧的消耗。
歸納起來,要使臭氧發(fā)生消耗,這種物質(zhì)必須具備兩個(gè)特征:含氯、溴或另一種相似的原子參與臭氧變氧的化學(xué)反應(yīng);在低層大氣中必須十分穩(wěn)定(也就是具有足夠長(zhǎng)的大氣壽命),使其能夠達(dá)到臭氧層。氫氯氟烴制冷劑HCF-22和HCFC123,都有一個(gè)氯原子,能消耗臭氧,其大氣壽命分別為12年和14年,且氯原子相對(duì)活潑,能在低層大氣中發(fā)生分解,到達(dá)臭氧層的數(shù)量就不多。因此HCFC-22和HCFC-123破壞臭氧的能力比CFCs小得多。
消耗臭氧層物質(zhì)(Ozone depleting substances,簡(jiǎn)稱ODS)指釋放到大氣中的氟氯化碳等類物質(zhì),在進(jìn)入大氣平流層后,在太陽(yáng)紫外線作用下,與臭氧發(fā)生作用,臭氧分子被分解為普通的氧分子和一氧化氯,從而降低大氣臭氧濃度。包括全氟氯代烷烴(4個(gè)碳原子以下)、溴氟烷(鹵代烷)、四氯化碳、甲基氯仿、部分含氫氯氟烷(HCFCs)、含氫溴氟烷(HBFCs)和溴甲烷等。
不同的ODS對(duì)臭氧層的損耗能力是不同的。當(dāng)它們逸入大氣,由低空(對(duì)流層)逐漸向高空(平流層)擴(kuò)散時(shí),一些全氯氟烴,在對(duì)流層不發(fā)生變化,但在平流層,受到短波紫外線輻射而發(fā)生分解,由此引發(fā)了破壞臭氧層的反應(yīng)。而一些含氫的氯氟烴,在對(duì)流層已與大氣中富含的HO·自由基發(fā)生分解反應(yīng)。它們?cè)诖髿馄搅鲗又写嬖诘膲勖婚L(zhǎng),所以能夠擴(kuò)散到臭氧層的數(shù)量較少,對(duì)臭氧層破壞能力也大為減小。為了表示與比較它們對(duì)臭氧的能力,采用了臭氧耗減潛能值(英文名稱為Ozone depletion potential,簡(jiǎn)稱ODP)的概念。以CFC-11為基準(zhǔn)比較物,設(shè)定其ODP值為1.其他物質(zhì)的ODP值按損耗臭氧能力比CFC11大或小的分?jǐn)?shù)值表示。
ODS在大氣中都會(huì)產(chǎn)生溫室效應(yīng),使地表和近地面大氣溫度增高,造成全球氣候變暖的環(huán)境問題。為了表示和比較各種ODS氣體對(duì)氣候變暖的能力大小引用了全球變暖的潛能值(Global Warming Potential,。簡(jiǎn)稱GWP)的概念。以CO2為基準(zhǔn)比較,其他ODS的GWP按其導(dǎo)致全球變暖的能力比CO:大或小的分?jǐn)?shù)值表示主要ODS氣體在大氣中的壽命、ODP,GWP如表1-1所示。