卤素气体导致臭氧损耗 《关于臭氧层的20个问答: 2022更新》第5问

“海洋与湿地”（OceanWetlands）编辑团队获悉，《关于臭氧层的二十个问答：2022年更新》（Twenty Questions and Answers About the Ozone Layer: 2022 Update）报告于2023年5月3日发布。小编现将问题5“卤素源气体的排放如何导致平流层臭氧消耗？”（How do emissions of halogen source gases lead to stratospheric ozone depletion?）翻译发布，供读者了解与参考。

《关于臭氧层的二十个问答：2022年更新》报告封面

人类活动造成平流层臭氧耗损的主要步骤见图Q5-1。

图Q5-1

01排放、积累、运输

这个过程始于在地球表面释放含有卤素氯和溴的长寿命源气体。卤素源气体，通常被称为臭氧消耗物质（ODSs），包括在制冷、空调和发泡等各种应用时释放到大气中的人造化学品。氯氟烃（CFCs）是含氯源气体的一个重要例子。排放的源气体积聚在低层大气（对流层），并通过自然空气运动缓慢地输送到平流层。这种积累的发生是因为大多数源气体在低层大气中十分不活跃。此外，只有少量的卤素源气体会溶解在海水中。这些人造卤化气体在低层大气中的低反应性是使它们非常适合制冷等特殊应用的一个特性。

一些卤素气体从自然来源大量排放。这些排放物也在对流层积累，被输送到平流层，并参与臭氧破坏反应。这些自然排放的气体是臭氧产生和破坏的自然平衡的一部分，早于人造卤化气体的大量释放和相关的观测到的臭氧消耗。

02转化、反应、去除

卤素源气体不与臭氧直接反应。一旦进入平流层，卤素源气体通过吸收来自太阳的紫外线辐射而化学转化为活性卤素气体和储存卤素气体。转化率与气体在大气中的寿命有关。寿命较长的气体转换率较慢，排放后在大气中存活的时间也较长。主要消耗臭氧层物质的寿命由1年至100年不等（见表Q6-1）。在转化发生之前，大气寿命大于几十年的排放气体分子在对流层和平流层之间平均循环多次。

图Q6-1

卤素源气体形成的反应性气体发生化学反应，破坏平流层中的臭氧。由反应性气体引起的臭氧总量的平均耗损在热带地区最小，在高纬度地区最大。在极地地区，只存在于低温下的极地平流层云表面发生的反应，大大增加了最重要的活性氯气一氧化一氯(ClO)的丰度。这一过程在冬末/早春造成极地地区大量臭氧破坏。

平流层中的空气通常与对流层隔绝。每天有一小部分平流层空气返回对流层，带来活性气体和储层卤素气体。平均而言，全球平流层的空气需要几年的时间才能回到对流层。被运送回对流层的活性卤素气体被雨水和其他降水从大气中带走，或被风沉积在地球的陆地或海洋表面。这些去除过程结束了氯和溴原子对臭氧的破坏，氯和溴原子最初作为卤素源气体分子的组成部分释放到大气中。

03对流层转化

寿命短（小于1年）的卤素源气体在对流层中发生显著的化学转化，产生活性卤素气体和储卤素气体。未被转化的源气体分子被输送到平流层。对流层中产生的活性卤素气体和储卤气体只有一小部分被输送到平流层，因为大部分被降水带走了。卤素气体在输送到平流层之前在对流层中被清除的重要例子有：氢氯氟碳化物（HCFCs）、溴甲烷（CH3Br）、氯甲烷（CH3Cl）和含碘气体。

04了解平流层臭氧损耗

我们对平流层臭氧消耗的了解是通过实验室研究、计算机模型和大气观测相结合获得的。发生在平流层的各种各样的化学反应已经在实验室研究中被发现和研究。两种气体之间的化学反应遵循明确的物理规律。其中一些反应发生在冬季平流层形成的极地平流层云的表面。已经研究了涉及许多不同分子的反应，这些分子含有氯、溴、氟、碘和其他大气成分，如碳、氧、氮和氢。这些研究表明，涉及氯和溴的几种反应直接或间接地破坏了平流层中的臭氧。

我们用计算机模型来检验发生在平流层的大量已知反应的综合效应。这些模型模拟平流层，包括化学物质丰度、风、气温以及日照的每日和季节变化。这些分析表明，在一定条件下，氯和溴在催化循环中发生反应，其中一个氯或溴原子破坏数千个臭氧分子。模型还用于模拟前几年观测到的臭氧量，作为对我们对大气过程理解的有力检验，并评估实验室研究中发现的新反应的重要性。臭氧对未来微量气体丰度、温度和其他大气参数可能发生的变化的反应已经用专门的计算机模型进行了广泛的探索。

大气观测显示了在平流层的不同区域存在什么气体，以及它们的丰度如何随时间和地点而变化。气体和粒子丰度的监测时间跨度从每天的周期到几十年。观测表明，平流层中存在的反应性卤素气体的数量足以引起臭氧消耗。例如，臭氧和一氧化氯（ClO）已经用各种仪器进行了广泛的观测。ClO是一种高活性气体，在整个平流层中参与催化臭氧破坏循环。地面、卫星、气球和飞机上的仪器现在经常使用光学和微波信号远程测量臭氧和ClO的丰度。高空飞机和气球仪器也被用来测量平流层的两种气体。过去几十年对臭氧和活性气体的观测被广泛用于与计算机模型进行比较，以增加我们对平流层臭氧消耗的了解的信心。

译者注：本文译自2023年5月3日发布的报告《关于臭氧层的二十个问答：2022年更新》（Twenty Questions and Answers About the Ozone Layer: 2022 Update）。
报告全文详见：

• https://ozone.unep.org/sites/default/files/2023-05/Final_20Qs%202022%20full%20document_26April2023_digital%20version.pdf
• 译：YJ 审：Samantha 编：老夏