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臭氧:到底是“地球保护伞”还是“隐形反派”

2020-09-27 09:48   来源: 互联网

今天,臭氧的地位已经从 "地球卫士" 急剧转变为 "隐形恶棍"。不仅在当地的生态环境部门联合命名为 "黑名单","生态环境部还发布了"2020 挥发性有机化合物控制计划 " 来应对它。臭氧不是被紫外线隔离的吗?为什么人类在害怕臭氧层的空洞时试图处理它?让我们看看臭氧状态是如何逆转的。


臭氧最早是在 1839 年的电解稀硫酸实验中发现的。在表面臭氧被发现为 "有毒" 之前,人们首先注意到它在生命中的巨大作用。因此,直到 20 世纪,臭氧一直被自然主义者视为空气中有益的一部分。户外工作者通常认为,海拔高对身心健康有好处 -- 因为它对臭氧来说已经足够高了。

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随着科学的发展,人们逐渐认识到臭氧的地位将从天空到地面,从低浓度向高浓度转变。


污染或不污染地点


地球诞生 40 亿年后,随着大气中含氧量的增加,臭氧层逐渐建立起来。它的表面只有 3 毫米厚,但吸收了 90% 以上到达地球的紫外线辐射,并将其转化为热量来加热大气,形成距离地表 10 至 50 公里的平流层。


在平流层臭氧层的保护下,地球生命的基本物质 -- 脱氧核糖核酸(DNA) 和核糖核酸(RNA) 逃脱了紫外线辐射的 "魔爪",人类出现并发展起来。可以说,几亿年前,臭氧层开始充当地球生命进化的 "保护伞"。


90% 的臭氧存在于平流层,只有 10% 存在于对流层。为什么高空的平流层臭氧与低海拔的对流层臭氧如此不同?这始于不同海拔地区臭氧的形成。


在平流层中,紫外线辐射中断了一个氧分子的两个氧原子之间的化学键,由于氧原子非常不稳定,剩余的氧原子与另一个氧分子结合形成臭氧,这是一种完全 "自然" 的产物。在对流层中,除平流层到对流层的臭氧 "漫游" 外,以及森林植被有机体对臭氧的贡献外,大部分臭氧是 "人工二次转化产物",如氮氧化物氮氧化物、挥发性有机化合物等,是复杂光化学过程中产生的二次污染物。当天,最高 8 小时平均臭氧浓度超过每立方米 160 微克,成为臭氧污染。


同时,臭氧一直是人们的好帮手,在消毒杀菌、抗炎、抗感染、止痛止痛、免疫力提高、缺血组织供氧等方面发挥着重要作用。甚至,它还有一个新的含义 -- 雷雨女王,那种清新的草味,还有部分原因是被闪电击中后的少量氧气进入臭氧。这种低浓度的臭氧不仅无害,而且令人兴奋。"-


但是一旦它变成污染,臭氧就会改变它的面貌。


变黑 " 土伞


臭氧污染对人体有什么影响?可以说,从中枢神经系统到呼吸系统,从血液到骨骼,都会受到臭氧的损害。


由于臭氧的强烈氧化,当臭氧浓度过高时,一切都注定了。更可怕的是,透明臭氧只能由仪器监测,人们无法检测臭氧是否超标,更不用说及时保护自己了。因此,"臭氧污染" 是一个名副其实的 "无形杀手"。值得注意的是,打印机、复印机等在生活中经常使用的打印机、复印机等,会产生臭氧和一些无法克服的有机废气。


该研究称:" 单是气候变化,到 2050 年,中国的臭氧污染就可能增加 11%;减排 60% 将挽救 330000 人的生命。如果各国实施最严格的空气质量标准,它们每年就能避免 6000 人死亡。


臭氧污染可能比你想象的更 "严重"-- 它是 "夏季污染的头号罪魁祸首"。


气象学在臭氧浓度的变化中起着主导作用。它控制臭氧浓度的季节变化和昼夜变化。夏天阳光灿烂,但在城市地区却隐藏着 "杀人机会"。当你闻到一种特殊的鱼的气味时,可能是臭氧过量。光化学反应需要强的紫外线辐射、高温、低湿度和大气环境的静态稳定性。光照条件最好的夏季成为臭氧污染的催化剂 -- 阳光越强,光化学反应越强烈,反应产生的臭氧越厚。因此,夏季下午 12:00-15:00 是臭氧污染最严重的时间。


事实上,臭氧污染并不是一种新现象,但直到 2012 年,它才真正被 "排除在外"-- 毕竟,PM2.5 引起了更多的关注。自从 2013 年实施 "防止和控制空气污染行动计划" 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。对人类来说,臭氧污染长期以来一直与另一个名称光化学烟雾密切相关。


当主要污染物如氮氧化物和碳氢化合物排放到大气中时,在太阳的紫外线照射下发生光化学反应,产生臭氧等二次污染物。这种主要污染物和二次污染物的混合物是光化学烟雾。臭氧作为光化学烟雾的主要氧化剂,其浓度变化成为光化学烟雾警报的基础。


1943 年,美国第二大城市洛杉矶发生了世界上最早的光化学烟雾。当时,该市有 250 万辆汽车每天燃烧约 1100 吨汽油,污染气体在紫外线下产生光化学反应,导致剧毒、浅棕色、刺激性烟雾笼罩在城市上空,导致许多市民患上红眼和头痛等疾病。日本、英国、加拿大、澳大利亚、德国等国也发生了光化学烟雾。


那么,随着中国夏季臭氧浓度的增加,会不会发生光化学烟雾?一般来说,中国的臭氧污染水平远低于发达国家光化学烟雾频繁发生时期的历史水平,中国正在加强臭氧监测和控制措施。"生态环境部大气环境司司长刘炳江认为:" 目前,中国没有发生光化学污染事件,未来发生的可能性很低。


没有人能独处。


制止光污染事件的发生,从源头开始 -- 但臭氧污染的控制真的很困难,臭氧形成的链式反应中前驱物 Nox 与 VOCs 的关系复杂,导致其处理机制的复杂性,其他研究表明 PM2.5 和臭氧是 "升降" 的,臭氧的形成过程依赖于大气自由基的浓度,PM2.5 可以通过吸收大气中的一些自由基来抑制臭氧的形成,因此实现 PM2.5 和臭氧的双向处理是非常必要的。


此外,臭氧前驱物来源复杂,涉及机动车尾气、化工、油漆、餐饮等方面,其中机动源机动车的管理一直是一个难点,化工、餐饮等行业众多零散,需要准确控制,难度可想而知。因此,对臭氧前体的协调控制已成为一个更大的挑战。


研究发现,在新冠肺炎流行期间,由于我国采取严格的管理措施,Nox 下降幅度大于 VOCs,城市成为 VOCs 控制区,PM2.5 下降,反而更容易使臭氧 "超标"。在全球范围内也是如此。由于许多国家采取了不同程度的社会隔离措施,研究表明,在国家封锁期间,空气污染显著减少,但臭氧污染却有所增加。其中,巴塞罗那增长了 29%,而欧洲平均增长了 17%。


原因是新的城市 NO 排放是近地表臭氧消耗的一种重要方式。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。然而,交通限制的减少,再加上 PM2.5 等其他近地表臭氧消耗物质的减少,自然导致了这一流行病期间城市臭氧的大幅增加。


事实上,一个地方的臭氧污染并不全是由局部污染造成的。例如,珠江三角洲地区夏季臭氧污染最少,秋季臭氧污染最多,夏季长江三角洲地区臭氧污染最多,秋季次之,冬季污染最少,除局部影响外,还受到平流层对流层运输和长途运输的控制。


飞机排气会给平流层带来对流层的污染,气象现象也可能在某一地点造成周期性的瞬态温度连续性 "破坏",打开对流磷层与平流层之间的间隔,通过垂直沉降将物质从平流层输送到对流层(俗称 STT),此时平流层中的臭氧将随空气带到地面。由于 STT 经常发生在中纬度地区,它占北半球中对流层臭氧资源的 20% 至 30%。青海 - 西藏高原是对流层与层间的物质输送通道之一。


然而,就世界而言,平流层所起的作用很小,主要是通过改变大气环流和其他方式来影响对流层臭氧及其前兆的时空分布,其中,通过地中海和中东的跨太平洋污染物可以影响东亚的空气质量;北美受污染的气团仅能在 6 至 15 天内到达大西洋中部,从而导致欧洲臭氧的增加。因此,全球大气环流引起的跨区域运输注定没有人能够 "单独" 防止和控制臭氧。


幸运的是,我们从未放弃过臭氧之战。今年 6 月,"2020 年挥发性有机化合物控制计划"(VOCs) 发布,表明了中国控制臭氧的决心。7 月 1 日,"无组织的挥发性有机化合物排放控制标准"(United 组织排放控制标准)被实施,以赢得蓝天防御战争的胜利,我们正在采取行动。希望在共同努力营造一个更好环境的倡议下,我们能够尽早认识到,减少臭氧污染不仅应该 "来自天堂",而且还要 "人们努力工作"。




责任编辑:萤莹香草钟
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