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臭氧:“地球保护伞”还是“隐形反派”

时间:2020-09-27 08:00:02 出处:黑帽廉颇

臭氧 :“地球伞”或“隐形小人”

如今,臭氧的身份已从“地球守护者”更改为“隐形小人”。生态和环境部不仅将其列入地方生态环境部门的“黑名单”,还发布了“2020挥发性有机化合物治理处理计划”。臭氧不会阻挡紫外线吗 ?为什么人们在尝试处理臭氧孔时会害怕它 ?让我们看一下臭氧的身份如何反转 。

1839年,在电解稀硫酸的实验中首次发现了臭氧。在发现表面臭氧具有“毒性”之前 ,人们首先注意到其对生命的巨大影响。因此,直到20世纪很长一段时间,自然主义者仍将臭氧视为空气中有益的部分。户外工作人员通常认为高海拔对身体和精神健康有益,因为那里的臭氧含量足够高 。

随着科学的发展,人们逐渐意识到 ,从天空到地下 ,从低浓度到高浓度,臭氧的身份将发生巨大变化 。

地球诞生40亿年后,随着大气中氧气含量的增加  ,臭氧层逐渐建立 。它在地球表面是平坦的 ,但厚度不超过3毫米 ,但是它吸收了到达地球的90%以上的紫外线并将其转化为热量以加热大气层,形成了距地面10至50公里的平流层表面。

在平流层中的臭氧层的保护下,DNA和核糖核酸是地球上生命的基本物质,逃脱了紫外线的“魔爪”,人类得以发展。可以说,亿万年前  ,臭氧层开始充当地球生物进化的“保护伞”和“护航”。

平流层中有90%的臭氧含量,对流层中只有10%。为什么高空平流层臭氧的身份与低空平流层臭氧的身份如此不同?这始于在不同海拔高度形成臭氧。

在平流层中 ,紫外线将破坏氧分子两个氧原子之间的化学键。因为氧原子极不稳定,所以剩余的氧原子将与另一个氧分子结合形成臭氧。完全“天然”的产品 。在对流层中,除了一些从平流层“漫游”到对流层的臭氧以及森林植被贡献的臭氧外 ,大多数臭氧是“人造的二次转化产物”,例如氮氧化物,氮氧化物,挥发性有机化合物和挥发性有机物 。化合物 。它们是通过复杂的光化学反应产生的二次污染物。当天臭氧浓度的最大8小时平均值超过了每立方米160微克 ,这意味着臭氧污染。

同时,臭氧一直是人们的好帮手,它在临床应用中起着重要作用  ,例如消毒和杀菌,消炎和抗感染,减轻疼痛和减轻疼痛,提高免疫力以及向人体供氧缺血组织。甚至 ,它仍然具有一定的新鲜度-雷雨过后 ,令人耳目一新的绿草气息部分是由于少量的氧气在被雷击后转化为臭氧。如此低的臭氧浓度不仅无害,而且令人耳目一新。

但是一旦变成污染 ,臭氧就会改变其面貌 。

臭氧污染对人体有什么影响?能够也就是说,从中枢神经系统到呼吸系统,从血液到骨骼 ,都将受到损害。

由于臭氧的强氧化性,当浓度太高时,一切都注定了 。更令人恐惧的是,透明的臭氧只能通过仪器监控 ,人们很难检测到臭氧是否超过标准,更不用说及时保护自己了。因此,“臭氧污染”是名副其实的“隐形杀手”。值得注意的是,生活中经常使用的打印机,复印机等都会产生臭氧和一些有机废气,很难防止。

研究表明 ,到2050年  ,仅气候变化一项就可能使中国的臭氧污染增加11%;如果将相关排放量减少60%,将挽救330,000条生命 。如果各国实施最严格的空气质量标准,每年可以避免6,000人死亡。

臭氧污染可能比您想象的要强大得多 ,它是夏季污染的“罪魁祸首”。

在臭氧浓度的变化中  ,天气起着主导作用。它控制着臭氧浓度的季节性变化和昼夜变化 。夏季阳光灿烂 ,但城市地区隐藏着“谋杀案”。在户外闻到特殊的腥味时,可能是过量臭氧的手写体 。光化学反应需要强紫外线辐射,高温 ,低湿和稳定的气氛。具有最佳光照条件的夏天成为臭氧污染的催化剂-太阳越强 ,光化学反应越强烈,反应产生的臭氧就越浓。因此 ,夏季下午的12点到15点是臭氧污染最严重的时间。

实际上,臭氧污染并不是一个新现象,但在2012年之前,它确实是“外面的”,毕竟PM2.5引起了更多关注。自2013年《大气污染防治行动计划》实施以来 ,随着国家空气质量监测网络的建立  ,臭氧污染这个名字逐渐进入公众视野。就人类而言,臭氧污染与另一种名称光化学烟雾紧密相关。

当由污染源排放到大气中的主要污染物(如氮氧化物和碳氢化合物)在太阳的紫外线辐射下发生光化学反应时,会产生次级污染物(如臭氧)。光化学烟雾。臭氧是光化学烟雾的主要氧化剂,其浓度变化成为光化学烟雾预警的基础。

1943年 ,世界上最早的光化学烟雾事件发生在美国第二大城市洛杉矶。当时,该市每天有250万辆汽车燃烧约1100吨汽油,所释放的污染物气体在紫外线的作用下产生光化学反应,最终形成剧毒,浅褐色和刺激性的烟雾,覆盖整个城市。结果 ,许多公民遭受了嫉妒  ,头痛和其他疾病的折磨。日本,英国,加拿大 ,澳大利亚和德国也发生过光化学烟雾事件。

然后 ,随着我国夏季臭氧浓度的升高,会引发光化学烟雾吗?总的来说,在发达国家频繁发生光化学烟雾事件期间,我国的臭氧污染水平远远低于历史水平 ,我国正在加强臭氧监测和采取控制措施。,我国没有光化学污染事件,未来发生的可能性极低 。”

为了防止“光污染”事件的发生,我们必须从源头开始,但是臭氧污染的控制确实很困难。臭氧生成链反应中前体NOx和VOC之间的复杂关系导致复杂的治理机制 。也有一些研究表明,PM2.5和臭氧正在“互相减少”。臭氧的形成过程取决于大气中自由基的浓度,而PM2.5可以通过吸收一部分大气中的自由基来抑制臭氧的产生,因此对PM2.5和臭氧的双向处理非常苛刻。

另外,臭氧前体的来源很复杂  ,涉及机动车尾气 ,化学药品,油漆 ,饮食业和许多其他方面。其中,移动源车辆的管理一直是一个难点。化学品,饮食等杂乱无章,难以想象精确控制的难度。因此,臭氧前体的协调控制成为更大的挑战。

研究发现 ,在新的冠状肺炎流行期间,由于我国采取了严格的管理措施 ,NOx的排放量超过了VOCs,而城市成为了VOCs控制地区 。随着PM2.5的减少 ,更容易“超过”臭氧。在全球范围内也是如此。由于许多国家不同程度地实施了社会疏离措施 ,研究表明,在各国封锁期间,空气污染已大大减少,但臭氧污染却有所增加。其中,巴塞罗那增加了29%,欧洲平均水平增加了17%。

原因是城市新排放的NO是近地臭氧消耗的重要途径。在“滴定效应”的影响下,发生了NO+O3→NO2+O2反应。道路交通排放的NO是消耗当地臭氧的种子参与者。但是,减少交通限制的废气排放以及减少其他近地消耗臭氧层的物质(例如PM2.5)自然会在流行期间增加城市臭氧的排放。

实际上,一个地方发生的臭氧污染并不是全部由局部污染引起的。例如  ,珠江三角洲地区夏季的臭氧污染最少,而秋季的臭氧污染最多 。长三角地区夏季最多 ,其次是秋季,冬季最少。除局部影响外,这还受到平流层-对流层运输和长距离运输的控制 。

飞机废气将把对流层的污染带到平流层。气象现象还可能在某个位置导致周期性的短期温度连续性“破坏”,从而打开对流层和平流层之间的空间,并通过垂直下沉运动清除物质。这时,平流层中的臭氧将被空气带到地表以“捉住你”。由于STT通常发生在中纬度地区,因此它在北半球的中纬度对流层中贡献了20%至30%的臭氧资源。青藏高原是对流层与平流层之间的物质输送通道之一 。

然而,在全球范围内,平流层影响不大 ,它主要通过改变大气环流来影响对流层臭氧及其前体的时空分布。其中,跨欧洲的污染物穿过地中海和中东 ,这可能影响东亚的空气质量;来自北美的污染空气团可以在6到15天内到达大西洋中部,导致欧洲的臭氧增加 。因此 ,全球气氛潮流造成的跨区域运输注定,没有任何一个国家在臭氧的预防和控制中能够“自助”。

幸运的是  ,我们从未放弃过与臭氧的斗争 。今年6月,发布了“2020年挥发性有机化合物治理治理计划”,这表明了我国控制臭氧的决心  。7月1日 ,实施了《挥发性有机化合物无组织排放控制标准》,以抗击蓝天。行动。希望在共同营造更好环境的倡议下,大家早日意识到减少臭氧污染不仅需要“天上的帮助”,还需要“人民的努力”。

(作者单位:中国科学院大气物理研究所,本文授权转自科学院微信公众号:kueuedayuan,带有删除和更改 。)

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