平流层化学与臭氧

平流层臭氧层形成和破坏的化学过程，包括导致臭氧损耗的催化循环。

Definition

平流层化学与臭氧是研究平流层中臭氧及相关物种丰度控制反应的学科，平流层中的臭氧层保护地表免受紫外线辐射。

Scope

本领域涵盖查普曼机制（Chapman mechanism）描述的平流层臭氧的光化学形成和破坏、涉及氢、氮、氯和溴物种的催化循环、卤代源气体（halogenated source gases）的作用、极地平流层云上的非均相化学（heterogeneous chemistry），以及春季极地臭氧空洞及其在国际法规下的恢复。

Sub-topics

• 卤素和催化臭氧损耗循环
• 极地臭氧损耗
• 平流层臭氧光化学

Core questions

• 平流层臭氧层是如何形成和维持的？
• 哪些催化循环会破坏臭氧，为什么它们如此高效？
• 极地臭氧空洞是如何形成的，臭氧层又是如何恢复的？

Key theories

查普曼机制（Chapman mechanism）

一套仅涉及氧的光化学反应，产生和破坏臭氧，解释了臭氧层的存在，但高估了其丰度。

催化臭氧破坏

来自氢、氮，特别是卤素物种的微量自由基催化破坏臭氧，其中氯氟烃中的氯被认为是主要的人为威胁。

Mechanisms

紫外线阳光分解氧分子，原子与氧结合形成臭氧；形成和光解的查普曼循环设定了基线臭氧丰度。实际臭氧水平较低，因为涉及羟基、一氧化氮、氯和溴自由基的催化循环在不被消耗的情况下破坏臭氧。长寿命的卤代源气体将氯和溴输送到平流层，光解作用释放催化剂，极地平流层云上的非均相反应激活它们，导致严重的季节性损耗。

Clinical relevance

平流层臭氧吸收有害的紫外线辐射，因此了解其化学性质是《蒙特利尔议定书》的基础，并继续指导臭氧层恢复的评估。

History

查普曼于1930年提出了仅涉及氧的臭氧机制；克鲁岑（Crutzen）、莫利纳（Molina）和罗兰（Rowland）在1970年代揭示了氮氧化物和氯氟烃的催化作用，这项工作获得了1995年诺贝尔化学奖的认可，1985年南极臭氧空洞的发现促成了《蒙特利尔议定书》的签订。

Key figures

• Mario Molina
• F. Sherwood Rowland
• Paul Crutzen
• Susan Solomon

Seminal works

• molina1974
• brasseur2005

Frequently asked questions

臭氧空洞正在恢复吗？

是的。随着《蒙特利尔议定书》逐步淘汰消耗臭氧层物质，平流层中的氯和溴含量正在下降，观测表明臭氧层正在缓慢恢复。