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研究臭氧问题获得诺奖的科学家们
2019/3/9 8:51:30

化学历史上的今天都发生了什么?RSC Student Club 微信公众号将会挑选一些有趣的化学故事,与您分享历史上的今天有何重大发现,以及这些重大发现背后的趣闻!

历史上的今天

1995 年的今天,诺贝尔化学奖颁给了保罗•克鲁岑、马里奥•莫利纳与弗兰克•舍伍德•罗兰,以表彰他们三位“对大气化学的研究,特别是有关臭氧分解的研究”。

CFC 对臭氧层的破坏

氯氟烃(英语:Chlorofluorocarbons,简称CFCs),又称氟氯烃、氯氟碳化合物、氟氯碳化合物、氟氯碳化物、氯氟化碳,是一组由氯、氟及碳组成的卤代烷。

CFC 分子

因为低活跃性、不易燃烧及无毒,氯氟碳化合物被广泛使用于日常生活中。其中氟利昂是包括二氯二氟甲烷在内的数种由科慕生产之卤碳化合物的商标名称。

部分使用后的氯氟碳化合物上升到同温层(平流层底部)。由于其低活跃性、低生物降解性及不溶于水,氯氟碳化合物很难被分解。氯氟碳化合物在太阳的紫外线照射下会分解出氯自由基,破坏臭氧层。由于此等破坏是连锁反应,故威力相当惊人。据估计,一个氯原子数个月就可以使近十万个臭氧分子消失。

臭氧消耗的过程

科学家发现南极上空的臭氧层中间出现巨大的洞口,40%到50%的臭氧消失,面积相当于美国总面积的两倍。由于臭氧消失会令更多紫外线辐射到达地球表面,对人体健康有危害,1987年,联合国邀请了26个会员国在加拿大蒙特利尔签署《蒙特利尔议定书》,减少使用氯氟烃,保护臭氧层,198911日生效。

通过2000年到2015年十五年间用卫星和热气球共同进行的观测,科学家发现每年9月的南极臭氧破洞数据已经显示出明显的愈合倾向。愈合具体表现在大气臭氧柱总量的增加,臭氧浓度在垂直剖面上的变化,以及臭氧破洞面积的减小。

联合国曾在2014年预计,南极臭氧破洞估计会在2050年完全愈合。人类可以做得更多来保护我们的地球。

保罗•约泽夫•克鲁岑(Paul J. Crutzen1933123日-),荷兰大气化学家,1933 年生于荷兰阿姆斯特丹,1973 年获斯德哥尔摩大学气象学博士学位,目前在位于德国美因茨的马克斯•普朗克化学研究所大气化学部工作。

克鲁岑是以研究臭氧层的破坏机理而闻名的,其研究兴趣为研究“平流层和对流层臭氧在生物地球化学循环和气候中的作用“。他也是核冬天理论的创始人之一。

部分获奖记录

·         1986: 美国地球物理协会理事

·         1989: 泰勒奖.

·         1991: 瑞典皇家科学院院士

·         1995: 诺贝尔化学奖 (与马里奥•莫利纳和弗兰克•舍伍德•罗兰分享)

·         1995: 因为"保护臭氧层的突出贡献"而获得由联合国环境署颁发的全球臭氧奖

·         1996: 国际臭氧委员会荣誉委员

·         1999: 俄罗斯科学院外籍院士

·         2002: 地球科学领域引用率最高的作者(从1991年到2001年所发表的110篇文章总共被引用2911次——科学信息研究所)

何塞•马里奥•莫利纳-帕斯奎尔•恩里克斯(José Mario Molina-Pasquel Henríquez1943319日-)生于墨西哥,化学家,是发现南极臭氧洞的主要人物之一。他成功解释了氯氟碳化合物(CFCs)破坏地球臭氧层的机理,同时是第一位获得诺贝尔奖科学方面奖项的墨西哥人。

马里奥•莫利纳和弗兰克•罗兰于1974年在Nature上发表的臭氧层问题的文章

1974年在加州大学尔湾分校做博士后时,他与罗兰合写了一篇论文,发表在《自然》杂志上。该论文强调了氯氟碳化合物对平流层臭氧层的威胁。当时,CFCs被广泛用作制冷剂和喷雾剂。科学界起初的冷淡促使他俩于19749月在大西洋城召开的美国化学协会的一次会议期间举行了一个新闻发布会。在发布会上,他们号召全面禁止继续排放CFCs到大气中。许多科学家和生产厂商都怀疑他们的说法,因而一直无法达成共识以开始行动。直到1976年美国国家科学院出版了一个有关这个问题的评论报告,行动才得以开始。此后削减来自于冰箱和喷雾气罐的CFCs的行动扩展到全球,他俩也因此获得了诺贝尔化学奖。

部分获奖记录

莫利纳是教皇科学院(Pontifical Academy of Science)院士、美国国家科学院院士、美国国家医学研究院院士和墨西哥科学院院士。他是多个环境组织的委员会成员,以及许多科学委员会的成员,比如美国总统科技顾问委员会,公共政策委员会、麦克阿瑟基金会的全球安全和可持续发展委员会和马里奥•莫利纳中心。他也已经收到超过18个荣誉学位。一颗小行星(9680 Molina)也以他的名字命名。

弗兰克•舍伍德•罗兰(Frank Sherwood Rowland1927628日-2012310日)是美国化学家,曾任加州大学尔湾分校化学教授。他的研究主要涉及大气化学和化学反应动力学。

弗兰克•罗兰 16 岁(1943年)就考入俄亥俄卫斯理大学。当他快要完成学业时,因为太平洋战争于1945年加入美国海军。他于1946年退役并重返校园,于1948年毕业并获得学士学位。然后,他就读于芝加哥大学化学系,于1951获得硕士学位,1952年获得博士学位。罗兰在芝加哥大学的导师是以放射性碳定年法获得诺贝尔化学奖的威拉得•利比教授。他先后工作于普林斯顿大学(19521956)和堪萨斯大学(19561964)。他于1964年来到加州大学尔湾分校创建了化学系,并担任该系教授和系主任。罗兰于1978年当选美国国家科学院院士,于1993年担任美国科学促进协会(AAAS)主席。

罗兰的最著名的研究成果是发现了氯氟碳化合物对地球臭氧层的破坏。他的理论表明,氯氟碳化合物等人造有机化合物的气体在太阳辐射的作用下在平流层分解产生游离的氯原子和ClO自由基,然后这两种产物可大量消耗平流层的臭氧分子。马里奥•莫利纳于1973年加入他的研究小组,开始合作研究氯氟碳化合物(CFCs)。罗兰和莫利纳于1974年将这一成果发表在《自然》杂志上。该论文引发了美国国家科学院对此问题的科学调查。该调查赞同了他们的发现,从而促使从1978年开始禁止在美国生产添加任何氯氟碳化合物的喷雾罐。

罗兰和莫利纳因为这方面的研究成果在1995年获得诺贝尔化学奖。他在加州大学尔湾分校所工作的物理科学大楼也在同年以他的名字命名(Rowland Hall)。

 

2012年310日,罗兰在其纽波特比奇的家中罹柏金逊症离世,终年84岁。

部分获奖记录

泰勒环境成就奖,1983

·         日本国际奖,1989

·         美国化学协会彼得•德拜奖(Peter Debye Award),1993

·         美国地球物理协会罗杰•雷维尔奖(Roger Revelle Medal),1994

·         诺贝尔化学奖,1995


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