臭氧层论文

臭氧层—地球生物的保护伞

摘要：

臭氧层的破坏是人类当今所面临的重要环境问题之一，多数科学家认为，人类过度使用氟氯烃(CFC。)类物质是臭氧层破坏的主要原因之一。臭氧层变薄意味着到达地表的太阳紫外线增强。较强的紫外线辐射，会伤害人的皮肤、眼睛，损坏人的免疫系统，还会对粮食作物、陆生生物及水生生物造成危害。因此，了解臭氧层破坏的原因，及其对人类及生物的危害，有助于增强人们的环境意识，避免人类遭受臭氧层破坏所带来的灾难。

一、关于臭氧层的简介

1、臭氧层的形成

臭氧由3个氧原子(O3)构成，而氧气由2个氧原子(O2)构成。自然界中的臭氧，大多分布在距地面20～50 km的大气中，将其称之为臭氧层。臭氧层中的臭氧主要来源于紫外线。太阳光线中的紫外线分为长波和短波，当大气中(含有21％)的氧气分子受到短波紫外线照射时，氧分子会分解成原子状态。氧原子的不稳定性极强，极易与其他物质发生反应。如与H2反应生成H20，与C反应生成CO2。同样，与O2反应时，便形成了03。臭氧形成后，由于其比重大于氧气，会逐渐向臭氧层的底层降落，在降落过程中随着温度的上升，臭氧不稳定性越加明显，再受到长波紫外线的照射，再度还原为氧。臭氧层就是保持了这种氧气与臭氧相互转换的动态平衡。由于臭氧和氧气之间的平衡，在大气中形成了一个较为稳定的臭氧层。臭氧层是指在大气平流层中距地面20-25 km的特殊大气层，这一大气层的臭氧含量特别高，含量接近0．01 me／ml，高空大气层中约有90％的臭氧集中在臭氧层，而大气中平均臭氧含量大约仅为0．0003 mg／ml。

太阳光中也存在对生物生存有害的紫外线，按生物效应的不同，可将太阳光中的紫外线分为3类：弱效应波长(UV—A，320—400 nm，对生物影响不大)、强效应波长(UV—B，280—320 nm，对生物有杀伤作用)和超强效应波长(uV．C，200一280 nm，属灭生性辐射)。通常情况下，大气平流层中的臭氧几乎吸收了全部的uV—c和90％左右的UV—B。臭氧层是地球的“保护伞”，因此，臭氧层的破坏会对生活在地球上的生物产生严重的影响。

2、臭氧层的作用机理

臭氧层能够保持稳定的机理是：02分子吸收了短波紫外辐射转变成03之后，短波紫外辐射作用使03分子升温，升温后03更易分解，相当一部分03分子分解变成02，放出热能；02分子再吸收短波紫外辐射转变成03，如此周而复始，使臭氧层在一定条件下达到动态平衡。在这个过程中，02充当一个将太阳紫外辐射能转换成热能的能量转换器，释放出大量的热，这是使平流层50 km高度出现高温区的主要原因。这个过程的作用效果是阻挡了太阳短波紫外辐射。

除了易分解之外，03亦因将N2氧化成N0x，与H2O和CH4反应生成0H和CH3，与CO，HS和S02等反应而消耗。将所有消耗03的物质记作x，将x与O3反应的生成物记作X03，在03生成与分解消耗的速率相等的情况下，03的浓度就可保持动态平衡。

二、臭氧层损耗的现状及原因

1、臭氧层损耗的现状

1985年，英国科学家法尔曼（Fannen）等人首先提出，“南极臭氧洞”的问题。他们根据南极哈雷湾观测站的观测结果，发现从1957年以来，每年早春丽极10月份)南极臭氧浓度都会发生大规模的耗损，极地上空臭氧层的中心地带，臭氧层浓度已极其稀薄，与周同拥l七像是形成了一个“洞”，直径达上千公里，“臭氧洞”就是因此而得名的．这一发现得到了许多其他国家的南极科学站观测结果的证实．卫星观测结果表明，臭氧洞在不断扩大，至2006年臭氧层空洞曾达到2950万10II，，相当于两个南极大陆．同时，南极奥氧洞持续的时间也在加长．这一切迹象表明，南极臭氧洞的损耗状况仍在恶化之中。

目前，不仅在南极，在北极上空也出现了臭氧减少的现象，美、日、英、俄等国家联合观测发现，北极上空臭氧层也减少了20％，已形成了面积约为南极臭氧空洞=三分之一的北极臭氧空洞．在被称为是世界上“第t极”的青藏高原，中国大气物理及气象学者的观测也发现，青藏高原上空的臭氧正在以每10年2．7％的速度减少，已经成为大气层中的第三个臭氧空洞。

2、破坏臭氧层的物质

自从发现南极上空出现臭氧空洞以后，科学家们经过近十多年的研究，最后得出一致的结论：臭氧层的破坏和臭氧空洞的出现，是人类自身行为造成的；是人们在生产和生活中大量地生产和使用“消耗臭氧层物质(ODS)”以及向空气中排放大量的废气造成的。

ODS主要包括下列物质：CFCs(氯氟烃)、哈龙(Halon，全溴氟烃)、四氯化碳、甲基氯仿、溴甲烷等。

ODS的用途：用作制冷剂、喷雾剂、发泡剂、清洗剂等。

废气：主要是汽车尾气、超音速飞机排出的废气、工业废气等。

在上述所有物质中，破坏力最强的(或者称之为“罪魁祸首”)是CFCs和哈龙。而在我们生活中用的最多的就是我们大家所熟悉的CFCs。

3、臭氧层损耗机理

在平流层中臭氧耗损，主要是通过动态迁移到对流层，在那里得到大部分具有活性催化作用的基质和载体分子，从而发生化学反应而被消耗掉O3，主要是与Hox、Nox、C10x和BrOx中含有的活泼自由基发生同族气相反应。

（1）废气破坏臭氧层

废气中含有大量的氮氧化物(如NO和NO2等)，这些氮氧化物可以破坏掉大量的臭氧分子，从而造成臭氧层的破坏。近年来研究发现，核爆炸、航空器发射、超音速飞机将大量的氮氧化物直接注入平流层中，同样会使臭氧浓度下降．

NO对臭氧层破坏作用的机理为：

03+N0→O3+NO2

O+NO2→02+NO

总反应式为：0+03→202

(2) CFCs和哈龙对臭氧层的破坏

美国科学家奠里纳(Molina)和罗兰德(Rowland)提出：人工合成的一些含氯和含溴的物质是造成臭氧层被破坏的元凶，最典型的是氯氟烃类化合物(CFCs)和含溴化合物哈龙(Halons)．

CFCs和Halons在生产和使用过程中总是要泄漏的，泄漏后首先进入大气的对流层中．而这些物质在对流层中是化学惰性的，即它们在对流层中十分稳定，可以存在几十年甚至上百年不发生变化．但这些物质不可能总是存在子对流层中，通过极地的大气环流以及赤道地带的热气流上升，最终使这些物质进入平流层．然后又在风的作用下，把它们从低纬度地区向高纬度地区输送，在平流层内混合均匀．在平流层内，强烈的太阳紫外线照射使CFCs和Halons分子发生解离，释放出高活性的氯和溴的自由基．氯原子自由基和溴原子自由基就是破坏臭氧层的主要物质。

4、臭氧层破坏的长期性

令科学家和社会各界忧虑的是，CFCs和Halons具有很长的大气寿命，一旦进人大气就很难去除，这就意味着即使人类停止生产和使用这些物质，它们对臭氧层的破坏还会持续一个漫长的过程。

三、臭氧层的破坏对自然界的影响

1、对人类健康的影响

臭氧量的减少、臭氧层的被破坏使到达地面的紫外线辐射量增加。其中UV·B 紫外线波段增加更多。UV-B紫外线辐射的增加，将会对人体健康产生很大影响。相关研究表明，紫外线除了在人类皮肤中产生V D外，未发现其他有益效应。紫外线对人体的危害却较大。主要表现在影响人类皮肤、眼睛及免疫系统。

（1）对人类皮肤的影响：紫外线辐射增加了患皮肤癌的机率。

（2）对人类眼睛的影响：长时间的紫外线辐射会导致角膜永久性损伤。

（3）对人类免疫系统的影响：皮肤暴漏于紫外线辐射下能扰乱免疫系统，导致一些疾病。

2、对生物的影响

（1）对农作物的影响：紫外线辐射的增强，将导致农作物(如小麦、水稻等)减产，减少地球的食物链，并会导致粮食质量降低。