臭氧层

基本概述
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臭氧在大气中从地面到70千米的高空都有分布，其最大浓 度在中纬度24千米的高空，向极地缓慢降低，最小浓度在极 地17千米的高空。20世纪50年代末到70年代就发现臭氧浓 度有减少的趋势。1985年英国南极考察队在南纬60°地区观 测发现臭氧层空洞，引起世界各国极大关注。 臭氧层的臭氧浓度减少，使得太阳对地球表面的紫外辐 射量增加，对生态环境产生破坏作用，影响人类和其他生物 有机体的正常生存。关于臭氧层空洞的形成，在世界上占主 导地位的是人类活动化学假说：人类大量使用的氯氟烷烃化 学物质（如制冷剂、发泡剂、清洗剂等）在大气对流层中不 易分解，当其进入平流层后受到强烈紫外线照射，分解产生 氯游离基，游离基同臭氧发生化学反应，使臭氧浓度减少， 从而造成臭氧层的严重破坏。为此，于1987年在世界范围内 签订了限量生产和使用氯氟烷烃等物质的蒙特利尔协定。另 外还有太阳活动说等说法，认为南极臭氧层空洞是一种自然 现象。关于臭氧层空洞的成因，尚有待进一步研究。
产生危害
• 10多年来，经科学家研究；大气中的臭氧每减少1％。照射 到地面的紫外线就增加2％，人的皮肤癌就增加3％，还受到 白内障、免疫系统缺陷和发育停滞等疾病的袭击。现在居住 在距南极洲较近的智利南端海伦娜岬角的居民，已尝到苦头， 只要走出家门，就要在衣服遮不住的肤面，涂上防晒油，戴 上太阳眼镜，否则半小时后，皮肤就晒成鲜艳的粉红色，并 伴有痒痛；羊群则多患白内障，几乎全盲。据说那里的兔子 眼睛全瞎，猎人可以轻易地拎起兔子耳朵带回家去，河里捕 到的鲜鱼也都是盲鱼。 推而广之，若臭氧层全部遭到破坏，太阳紫外线就会杀 死所有陆地生命，人类也遭到“灭顶之灾”，地球将会成为 无任何生命的不毛之地。可见，臭氧层空洞已威胁到人类的 生存了。 臭氧是一种温室气体，它的存在可以使全球气候增暖。 但是，臭氧与其它温室气体不同，这是自然界中受自然因子 （太阳辐射中紫外线对高层大气氧分子进光化作用而生成） 影响而产生，并不是人类活动排放产生的。
成因揣测
• 臭氧层为什么会出现“空洞”？
• 许多科学家认为，是使用氟利昂作制冷剂及在其他方面使用的结 果。氟利昂由碳、氯、氟组成，其中的氯离子释放出来进入大气后， 能反复破坏臭氧分子，自己仍保持原状，因此尽管其量甚微，也能使 臭氧分子减少到形成“空洞”。 • 我国科学家新近提出，仅仅是氟利昂的作用还不够，太阳风射来 的粒子流在地磁场的作用下向地磁两极集中，并破坏了那里的臭氧分 子，这才是主要原因。而无论如何，人为地将氯离子送进大气，终是 一种有害行为。 臭氧是大气中的微量气体之一，其主要浓集在平流层中20-25km 的高空，即大气的臭氧层。臭氧层对保护地球上的生命界以及调节地 球的气候都具有极为重要的作用。然而，近些年来，由于在平流层内 运行的飞行器日益增多，人类活动产生的一些痕量气体如NO。和氯 氟烃等进入平流层，使臭氧层遭到破坏，以致于在南极上空出现了 “臭氧空洞”。 导致大气中臭氧减少和耗竭的物质，主要是平流层内超音速飞机 排放的大量NO。以及人类大量生产与使用的氯氟烃化合物（氟利 昂），如CFCl3（氟利昂-11）、CF2Cl2（氟利昂-12）等。1973年， 全球这两种氟利昂的产量达480万，其大部分进入低层大气，再进入 臭氧层。氟利昂在对流层内性质稳定，但进入臭氧层后，易与臭氧发 生反应而消耗臭氧，以致降低臭氧层中臭氧的浓度。
发布了北京市的紫外线指数，以帮助人们适当预防紫外线辐射。
紫外线
紫外线对皮肤的影响
• 如何看懂紫外线指数？
• 紫外线指数一般用0~15表示。夜间紫外线 指数为0，在热带或高原地区、晴天无云时， 紫外线最强，指数为15。当指数值为0、1、 2时，表示紫外线量最小；指数为3、4时， 表示紫外线量比较低，影响较小；指数为5、 6时，表示紫外线辐射为中等强度，对人体 皮肤有一定伤害；指数为7、8、9时，表示 紫外线辐射较强，危害较大，外出应戴太 阳帽、太阳镜或使用遮阳伞，也可涂擦一 些防晒霜(SPF指数应大于15)。当指数≥10 时，人们应减少外出时间。
环境问题：臭氧层空洞
臭氧层
• 臭氧层是大气平流层中臭氧浓度最大处， 是地球的一个保护层。臭氧层是平流层中 臭氧集中的层次，极大值在20~25km高度 上。臭氧是氧原子与氧分子在第三体(N2、 O2)参与下产生的，因高层大气中气体分子 太稀少，低层大气中光离解的原子氧又太 少，故只在平流层内形成了臭氧层。
Hale Waihona Puke • 对生态影响• 1．农产品减产及其品质下降。试验200种作物对 紫外线辐射增加的敏感性，结果2／3有影响，尤 其是大米、小麦、棉花、大豆、水果和洋白菜等 人类经常食用的作物。估计臭氧减少1％，大豆减 产1％。 • 2．减少渔业产量。紫外线辐射可杀死10米水深 内的单细胞海洋浮游生物 。实验表明，臭氧减少 10％，紫外线辐射增加20％，将会在15天内杀死 所有生活在10米水深内的鳗鱼幼鱼。 • 3．破坏森林。
影响推测
• 臭氧除了能够对气候变化产生影响，从 而影响环境和生态外，还对人类健康产生 强烈的直接影响。由实验及实际观测推论 会造成以下的影响。
• 1.对人类健康影响 • 2.对生态影响
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对人类健康影响
• 1．增加皮肤癌：臭氧减少1％，皮 肤癌患者增加4％－6％，主要是黑 色素癌。 • 2．损害眼睛，增加白内障患者。 • 3．削弱免疫力，增加传染病患者。
紫外线的危害
• 紫外线强烈作用于皮肤时，可发生光照性皮炎，皮肤上出现红斑、 痒、水疱、水肿等；严重的还可引起皮肤癌。 紫外线作用于中枢神经系统，可出现头痛、头晕、体温升高等。 作用于眼部，可引起结膜炎、角膜炎，称为光照性眼炎，还有可能诱 发白内障，在焊接过程中产生的紫外线会使焊工患上电光性眼炎（可 以治愈）。 虽然紫外线在一年四季都存在，冬季太阳光显得比较温和且北方 多雾，但紫外线仅仅比夏天弱约20%，仍然会对人体皮肤和眼睛等部 位造成很大危害，所以冬季仍需避免紫外线照射。长期紫外线照射最 易造成皮肤产生各种色斑。所以，即使是在寒冷的冬天，户外活动时 也应涂抹隔离霜或防晒霜。当然，SPF指数在15就足够了。 如果是 外出进行滑雪运动或在雪地里长时间停留时，最好还是戴上护眼镜， 以防止紫外线和雪地强白光对眼睛的刺激。 近年来，大量化学物质破坏了大气层中的臭氧层，破坏了这道保 护人类健康的天然屏障。据国家气象中心提供的报告显示，1979年以 来我国大气臭氧层总量逐年减少，在20年间臭氧层减少了14％。而臭 氧层每递减1％，皮肤癌的发病率就会上升3％。目前，北京市气象局
例子：南极臭氧层空洞
1985年英国南极考察队在南纬 60°地区观测发现臭氧层空洞， 引起世界各国极大关注。2000年， 南极上空的臭氧空洞面积达创记 录的2800万平方公里，相当于4 个澳大利亚。 2007年的臭氧空洞 面积有2500万平方公里。 2008 年形成的南极臭氧空洞的面积到9 月第二个星期就已达2700万平方 公里， 2000年9月3日南极上空的 臭氧层空洞面积达到2830万平方 公里.
大气动力学解释
• 大气动力学解释认为，初春，极夜结束，太阳辐射加热空气，产生上升 运动，将对流层臭氧浓度低的空气输入平流层，使得平流层臭氧含量减 小，容易出现臭氧洞。一般认为，在人为因素中，工业上大量使用氟里 昂气体是破坏臭氧层的主要原因之一。通常，氟里昂是比较稳定的物质， 然而，当它被大气环流带到平流层（16公里～30公里）时，由于受太阳 紫外线的照射，容易形成游离的氯离子。这些氯离子非常活泼，容易与 臭氧起化学反应，把臭氧（O3）变成氧分子（O2）和氧原子（O），从 而使臭氧总量减少，形成了臭氧洞。本来，在离地20公里～30公里的大 气层内，是臭氧集中分布的地带，称作臭氧层，太阳辐射透过这层大气 时，大量的臭氧吸收了波长较短的紫外线辐射（0.20微米～0.30微米波 段），大大减弱了到达地面太阳辐射中的紫外线强度。然而，若臭氧层 的臭氧含量大大减少，则吸收太阳紫外线辐射的能力减弱，到达地面的 太阳辐射强度会增大。从医学上来说，较短波的紫外线辐射杀伤能力最 大，能杀死细胞，破坏生物细胞内的遗传物质，如染色体、脱氧核糖核 酸等，严重时会导致生物的遗传病，产生突变体，导致人类的皮肤癌。 强烈的紫外线还可以穿透海洋10米～30米，使海洋浮游植物的初级生产 力降低四分之三左右，抑制浮游动物生长。人们一旦了解了臭氧洞的危 害和形成原因，相信会对臭氧洞演变的预测和防止提出新的理论和方法。 在臭氧层内各地分布不均匀，世界三极地区即南极、北极和青藏高原气 候寒冷，臭氧层微薄。某处臭氧层中臭氧含量的减少等于在屋顶上开了 天窗，如果减少到正常值的50%以上，人们形象地说这是个臭氧洞。臭 氧洞可以用一个三维的结构来描述，即臭氧洞的面积、深度及延续时间。
原因解释
• 对南极臭氧洞形成原因的解释有三 种，即大气化学过程解释，太阳活 动影响和大气动力学解释。
• 大气化学规程解释
大气化学过程解释，认为臭氧层 中可以产生某种大气化学反应，将 3个氧原子含量的臭氧（O3）分解 为分子氧（O2）和原子氧（O）， 从而破坏了臭氧层。
太阳活动影响解释
太阳活动影响解释，认为当太阳 活动峰年（即太阳活动强烈的时期） 前后，宇宙射线明显增强，促使双 电子氮化物（如NO2）与O3发生 化学反应，使得奇电子氮化物（如 NO3）增加，O3转换为O2。
相关数据
• 2008年形成的南极臭氧空洞的面积到9月第二个星期 就已达2700万平方公里，而2007年的臭氧空洞面积只有 2500万平方公里。2000年，南极上空的臭氧空洞面积达 创记录的2800万平方公里，相当于4个澳大利亚。科学家 目前尚不清楚2008年的臭氧空洞面积是否会打破这个记 录。 大气圈的臭氧入不敷出，浓度降低。科学家在1985 年首次发现：1984年9、10月间，南极上空的臭氧层中， 臭氧的浓度较20世纪70年代中期降低40%，已不能充分 阻挡过量的紫外线，造成这个保护生命的特殊圈层出现 “空洞”，威胁着南极海洋中浮游植物的生存。据世界气 象组织的报告：1994年发现北极地区上空平流层中的臭 氧含量，也有减少，在某些月份比20世纪60年代减少了 25-30%。而南极上空臭氧层的空洞还在扩大，1998年9 月创下了面积最大达到2500万Km2的历史记录。