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臭氧知識
發(fā)布時間：2023-11-11 14:35:03
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古往今來太陽一直都是人們熱情謳歌與無盡向往的對象。陽光在賦予生命萬物契機的同時也帶給人類無限的憧憬與遐想。然而陽光能帶給我們的并不只是明媚與溫暖，當(dāng)?shù)竭_地球的太陽輻射太多時，帶給我們的或許就會是災(zāi)難。若干億年來正是由于大氣層中的一個天然屏障
- 臭氧層阻擋了過多的太陽紫外線輻射，地球上的生命才得到繁衍生息。
大氣層是由對流層、平流層、中間層、熱成層、逸散層組成，臭氧層是分布在平流層中距地面15至25公里左右富含臭氧的部分。臭氧層能吸收絕大部分太陽紫外線，使地球生物免受紫外線的危害。在自然狀態(tài)下，大氣平流層中的臭氧分子能夠吸收紫外線的能量，分解成為氧原子，并很快與大氣中的氧氣發(fā)生進一步的化學(xué)反應(yīng)生成新的臭氧分子，使臭氧層中的臭氧分子達到動態(tài)平衡。這個過程周而復(fù)始從而抵擋大量的有害的紫外線到達地球。
科學(xué)家們一般將來自太陽的紫外線按照波長的長短分為三個區(qū)：波長在315至400納米之間的紫外線稱為UV-A區(qū)，該區(qū)的紫外線不能被臭氧有效吸收，但是也不會造成地表生物圈的損害，事實上這一波段少量的紫外線是地表生物所必需的；波長為280至300納米的紫外線稱之為UV-B區(qū)，這一波段的紫外輻射可能到達地表并對人類和生態(tài)系統(tǒng)造成極大危害；波長為200至280納米紫外線部分稱為UV-C區(qū)，該區(qū)紫外線波長短能量高，不過該區(qū)的紫外線能被大氣中的臭氧和氧氣完全吸收，即使是平流層的臭氧發(fā)生損耗，UV-C 區(qū)波段的紫外線也不會到達地球，所以不會對地球表面造成不良影響。
大氣平流層中保存了大氣中90％的臭氧，位于這一高度的臭氧能夠吸收大部分對地球生物健康有害的UV-B段紫外線。20世紀70年代以來，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)全球臭氧總量有逐漸減少的趨勢，并推斷臭氧的減少主要在臭氧層。南極科學(xué)考察表明從1977年開始，南極上空的臭氧總量迅速減少，形成一個“臭氧空洞”。隨后的科學(xué)觀測表明，臭氧空洞的面積正在不斷地擴大，臭氧濃度的下降還在加快。進一步的觀測表明臭氧層的損耗不僅是在南極已經(jīng)發(fā)生了，在北極上空和其他中緯度地區(qū)也都出現(xiàn)了程度不同的臭氧層耗損現(xiàn)象。我們國家大部分屬于中緯度地區(qū)，臭氧的總量也已經(jīng)在減少。我國科學(xué)家觀測到我國青藏高原存在一個臭氧低值中心，這在北半球是非常異常的現(xiàn)象。臭氧層劇烈耗損的這種現(xiàn)狀已經(jīng)引起了各國政府和人民的普遍擔(dān)憂。
雖然在接近地面的高度，臭氧是一種重要的空氣污染物，人們做出了許多努力想要求降低它的濃度，然而在平流層這種情況恰恰相反！臭氧層變薄會導(dǎo)致大量對人體及其他地表生物有害的UV-B段太陽紫外線到達地球表面。實驗證明UV-B段紫外線會損傷眼角膜和晶狀體，引起白內(nèi)障等疾病的發(fā)生。據(jù)分析，平流層的臭氧層每減少1％，全球白內(nèi)障的發(fā)病率將增加0.6％至0.8％，全世界由于白內(nèi)障引起失明的人數(shù)將增加1萬到1萬5千人。更為嚴重的是，UV-B段太陽紫外線的增加能明顯誘發(fā)皮膚癌與皮膚疾病并且使人體免疫能力降低，這將使許多發(fā)展中國家人民的健康狀況更加惡化。研究表明，超過50％的植物會受到UV-B段紫外線的負面影響，與人的生活密切相關(guān)的豆類瓜果類作物會因過多UV - B類紫外線的輻射而大量減產(chǎn)。
過多的紫外線輻射還會使淺海中的浮游生物數(shù)量減少。浮游生物是海洋食物鏈的基礎(chǔ)，因而將直接導(dǎo)致魚類及貝類的產(chǎn)量減少，從而損害整個水生生態(tài)系統(tǒng)。同時，臭氧層破壞使更多的UV-B段紫外線到達低層大氣，導(dǎo)致對流層大氣化學(xué)反應(yīng)更為活躍，增加大量有害氣體的產(chǎn)生使得一些城市的空氣質(zhì)量下降，而過量的紫外線還會使許多的人工合成材料加速老化，致使整個社會的經(jīng)濟成本增加。
本世紀70年代，美國的兩位科學(xué)家首次注意到人類制造的氟氯化碳類物質(zhì)可能與臭氧層的破壞有關(guān)，并進一步發(fā)現(xiàn)釋放到大氣中的氟氯化碳類物質(zhì)會在大氣中停留大約10年，最終上升到平流層。在平流層中經(jīng)紫外線照射，氯原子會從氟氯氫原子中分離出來并與臭氧發(fā)生反應(yīng)，將其分解成氧氣和一氧化氯；一氧化氯隨即會與游離氧發(fā)生反應(yīng)，生成氯原子開始下一個循環(huán)。這種反應(yīng)周而復(fù)始，從而使一個氯原子可以破壞成千成萬的臭氧分子，打破臭氧層中原有的動態(tài)平衡。隨著時間的推移，排放到大氣層中的氟氯化碳類物質(zhì)不斷增多，臭氧數(shù)量急劇減少，臭氧層會變得越來越薄，結(jié)果會使更多的紫外線進入地球表面生物圈。
其實破壞臭氧層的物質(zhì)對我們而言并不陌生，在日常生活中它幾乎無處不在。冰箱、空調(diào)、電子產(chǎn)品、滅火器材、煙草、泡沫塑料、發(fā)膠、殺蟲劑等產(chǎn)品的生產(chǎn)過程或使用過程中，人們大量使用的人造化學(xué)物質(zhì)很多都具有破壞臭氧層的能力。科學(xué)家把這些破壞大氣臭氧層、危害人類生存環(huán)境的化學(xué)物質(zhì)稱為“消耗臭氧層物質(zhì)”（Ozone depleting substances），簡稱ODS。
目前大量使用的ODS主要包括下列幾類物質(zhì)：1）氟氯化碳（CFCs）：主要用作制冷劑、清洗劑和發(fā)泡劑；2）哈龍（Halon）：主要用作滅火劑；3）四氯化碳：主要用作化工生產(chǎn)的助劑和清洗劑；4）甲基氯仿：主要用作清洗劑；5）溴甲烷：主要在農(nóng)業(yè)種植、糧食倉儲或商品檢疫中用作殺蟲劑；6）氫氟氯烴（HCFC）：主要用作制冷劑、清洗劑和發(fā)泡劑。
當(dāng)科學(xué)家認識到臭氧層的破壞和人工合成的氟氯化碳類物質(zhì)有關(guān)后，臭氧層破壞問題引起全球的重視，雖然臭氧層的耗損主要是由于發(fā)達國家大量使用消耗臭氧層物質(zhì)造成的，但由此引起的災(zāi)難性影響卻有可能波及全球。
大氣層是由對流層、平流層、中間層、熱成層、逸散層組成，臭氧層是分布在平流層中距地面15至25公里左右富含臭氧的部分。臭氧層能吸收絕大部分太陽紫外線，使地球生物免受紫外線的危害。在自然狀態(tài)下，大氣平流層中的臭氧分子能夠吸收紫外線的能量，分解成為氧原子，并很快與大氣中的氧氣發(fā)生進一步的化學(xué)反應(yīng)生成新的臭氧分子，使臭氧層中的臭氧分子達到動態(tài)平衡。這個過程周而復(fù)始從而抵擋大量的有害的紫外線到達地球。
科學(xué)家們一般將來自太陽的紫外線按照波長的長短分為三個區(qū)：波長在315至400納米之間的紫外線稱為UV-A區(qū)，該區(qū)的紫外線不能被臭氧有效吸收，但是也不會造成地表生物圈的損害，事實上這一波段少量的紫外線是地表生物所必需的；波長為280至300納米的紫外線稱之為UV-B區(qū)，這一波段的紫外輻射可能到達地表并對人類和生態(tài)系統(tǒng)造成極大危害；波長為200至280納米紫外線部分稱為UV-C區(qū)，該區(qū)紫外線波長短能量高，不過該區(qū)的紫外線能被大氣中的臭氧和氧氣完全吸收，即使是平流層的臭氧發(fā)生損耗，UV-C 區(qū)波段的紫外線也不會到達地球，所以不會對地球表面造成不良影響。
大氣平流層中保存了大氣中90％的臭氧，位于這一高度的臭氧能夠吸收大部分對地球生物健康有害的UV-B段紫外線。20世紀70年代以來，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)全球臭氧總量有逐漸減少的趨勢，并推斷臭氧的減少主要在臭氧層。南極科學(xué)考察表明從1977年開始，南極上空的臭氧總量迅速減少，形成一個“臭氧空洞”。隨后的科學(xué)觀測表明，臭氧空洞的面積正在不斷地擴大，臭氧濃度的下降還在加快。進一步的觀測表明臭氧層的損耗不僅是在南極已經(jīng)發(fā)生了，在北極上空和其他中緯度地區(qū)也都出現(xiàn)了程度不同的臭氧層耗損現(xiàn)象。我們國家大部分屬于中緯度地區(qū)，臭氧的總量也已經(jīng)在減少。我國科學(xué)家觀測到我國青藏高原存在一個臭氧低值中心，這在北半球是非常異常的現(xiàn)象。臭氧層劇烈耗損的這種現(xiàn)狀已經(jīng)引起了各國政府和人民的普遍擔(dān)憂。
雖然在接近地面的高度，臭氧是一種重要的空氣污染物，人們做出了許多努力想要求降低它的濃度，然而在平流層這種情況恰恰相反！臭氧層變薄會導(dǎo)致大量對人體及其他地表生物有害的UV-B段太陽紫外線到達地球表面。實驗證明UV-B段紫外線會損傷眼角膜和晶狀體，引起白內(nèi)障等疾病的發(fā)生。據(jù)分析，平流層的臭氧層每減少1％，全球白內(nèi)障的發(fā)病率將增加0.6％至0.8％，全世界由于白內(nèi)障引起失明的人數(shù)將增加1萬到1萬5千人。更為嚴重的是，UV-B段太陽紫外線的增加能明顯誘發(fā)皮膚癌與皮膚疾病并且使人體免疫能力降低，這將使許多發(fā)展中國家人民的健康狀況更加惡化。研究表明，超過50％的植物會受到UV-B段紫外線的負面影響，與人的生活密切相關(guān)的豆類瓜果類作物會因過多UV - B類紫外線的輻射而大量減產(chǎn)。
過多的紫外線輻射還會使淺海中的浮游生物數(shù)量減少。浮游生物是海洋食物鏈的基礎(chǔ)，因而將直接導(dǎo)致魚類及貝類的產(chǎn)量減少，從而損害整個水生生態(tài)系統(tǒng)。同時，臭氧層破壞使更多的UV-B段紫外線到達低層大氣，導(dǎo)致對流層大氣化學(xué)反應(yīng)更為活躍，增加大量有害氣體的產(chǎn)生使得一些城市的空氣質(zhì)量下降，而過量的紫外線還會使許多的人工合成材料加速老化，致使整個社會的經(jīng)濟成本增加。
本世紀70年代，美國的兩位科學(xué)家首次注意到人類制造的氟氯化碳類物質(zhì)可能與臭氧層的破壞有關(guān)，并進一步發(fā)現(xiàn)釋放到大氣中的氟氯化碳類物質(zhì)會在大氣中停留大約10年，最終上升到平流層。在平流層中經(jīng)紫外線照射，氯原子會從氟氯氫原子中分離出來并與臭氧發(fā)生反應(yīng)，將其分解成氧氣和一氧化氯；一氧化氯隨即會與游離氧發(fā)生反應(yīng)，生成氯原子開始下一個循環(huán)。這種反應(yīng)周而復(fù)始，從而使一個氯原子可以破壞成千成萬的臭氧分子，打破臭氧層中原有的動態(tài)平衡。隨著時間的推移，排放到大氣層中的氟氯化碳類物質(zhì)不斷增多，臭氧數(shù)量急劇減少，臭氧層會變得越來越薄，結(jié)果會使更多的紫外線進入地球表面生物圈。
其實破壞臭氧層的物質(zhì)對我們而言并不陌生，在日常生活中它幾乎無處不在。冰箱、空調(diào)、電子產(chǎn)品、滅火器材、煙草、泡沫塑料、發(fā)膠、殺蟲劑等產(chǎn)品的生產(chǎn)過程或使用過程中，人們大量使用的人造化學(xué)物質(zhì)很多都具有破壞臭氧層的能力。科學(xué)家把這些破壞大氣臭氧層、危害人類生存環(huán)境的化學(xué)物質(zhì)稱為“消耗臭氧層物質(zhì)”（Ozone depleting substances），簡稱ODS。
目前大量使用的ODS主要包括下列幾類物質(zhì)：1）氟氯化碳（CFCs）：主要用作制冷劑、清洗劑和發(fā)泡劑；2）哈龍（Halon）：主要用作滅火劑；3）四氯化碳：主要用作化工生產(chǎn)的助劑和清洗劑；4）甲基氯仿：主要用作清洗劑；5）溴甲烷：主要在農(nóng)業(yè)種植、糧食倉儲或商品檢疫中用作殺蟲劑；6）氫氟氯烴（HCFC）：主要用作制冷劑、清洗劑和發(fā)泡劑。
當(dāng)科學(xué)家認識到臭氧層的破壞和人工合成的氟氯化碳類物質(zhì)有關(guān)后，臭氧層破壞問題引起全球的重視，雖然臭氧層的耗損主要是由于發(fā)達國家大量使用消耗臭氧層物質(zhì)造成的，但由此引起的災(zāi)難性影響卻有可能波及全球。
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