地球的臭氧層是大氣層的平流層中臭氧濃度高的層次。濃度最大的部分位於20--25公裏的高度處。若把臭氧層的臭氧校訂到標準情況,其厚度平均僅為3毫米左右。臭氧含量隨緯度、季節和天氣等變化而不同。
臭氧層中的臭氧主要是紫外線製造出來的。太陽光線中的紫外線分為長波和短波兩種,當大氣中(含有21%)的氧氣分子受到短波紫外線照射時,氧分子會分解成原子狀態。氧原子的不穩定性極強,極易與其他物質發生反應。如與氫(h2)反應生成水(h2o),與碳(c)反應生成二氧化碳(co2)。同樣的,與氧分子(o2)反應時,就形成了臭氧(o3)。臭氧形成後,由於其比重大於氧氣,會逐漸的向臭氧層的底層降落,在降落過程中隨著溫度的變化上升,臭氧不穩定性愈趨明顯,再受到長波紫外線的照射,再度還原為氧。臭氧層就是保持了這種氧氣與臭氧相互轉換的動態平衡。
地球大氣層中臭氧總量有較明顯的時空變化:赤道附近最低,緯度60°附近最高;任一地區在春季最大,秋季最小;在一天內臭氧含量通常是夜間高於白天;在亞洲中緯度地帶,當西伯利亞氣團侵入時,臭氧總量明顯增加,而赤道氣團來臨時,其總量減小。
太陽的紫外線大概有近1%部分可達地麵。尤其是在大氣汙染較輕的森林、山間、海岸周圍的紫外線較多,存在比較豐富的臭氧。
大氣臭氧層主要有三個作用。第一是保護作用,臭氧層能夠吸收太陽光中的波長306.3nm以下的紫外線,保護地球上的人類和動植物免遭短波紫外線的傷害。根據生物效應的不同,將紫外線按照波長劃分為四個波段:長波uv-a、中波uv-b、短波uv-c、真空波uv-d。波長越長,穿透能力越強。隻有長波紫外線和少量的中波紫外線能夠輻射到地麵,長波紫外線對生物細胞的傷害要比中波紫外線輕微得多。所以臭氧層猶如一件保護傘保護地球上的生物得以生存繁衍。透過的少量紫外輻射,還有殺菌作用,對生物大有裨益。
第二是加熱作用,臭氧吸收太陽光中的紫外線並將其轉換為熱能加熱大氣,由於這種作用大氣溫度結構在高度50km左右有一個峰,地球上空15--50km存在著升溫層。正是由於存在著臭氧才有平流層的存在。而地球以外的星球因不存在臭氧和氧氣,所以也就不存在平流層。大氣的溫度結構對於大氣的循環具有重要的影響,這一現象的起因也來自臭氧的高度分布。
第三是溫室氣體的作用,在對流層上部和平流層底部,即在氣溫很低的這一高度,臭氧的作用同樣非常重要。如果這一高度的臭氧減少,則會產生使地麵氣溫下降的動力。因此,臭氧的高度分布及變化是極其重要的。
關於臭氧層變化及破壞的原因,一般認為,太陽活動引起的太陽輻射強度變化,大氣運動引起的大氣溫度場和壓力場的變化以及與臭氧生成有關的化學成分的移動、輸送都將對臭氧的光化學平衡產生影響,從而影響臭氧的濃度和分布。而化學反應物的引入,則將直接地參與反應而對臭氧濃度產生更大的影響。人類活動的影響,主要表現為對消耗臭氧層物質的生產、消費和排放方麵。
大氣中的臭氧可以與許多物質起反應而被消耗和破壞。在所有與臭氧起反應的物質中,最簡單而又最活潑的是含碳、氫、氯和氮幾種元素的化學物質,如氧化亞氮(n2o)、水蒸汽(h2o)、四氯化碳l4)、甲烷(ch4)和現在最受重視的氯氟烴(cfc)等。這些物質在低層大氣層正常情況下是穩定的,但在平流層受紫外線照射活化後就變成了臭氧消耗物質。這種反應消耗掉平流層中的臭氧,打破了臭氧的平衡,導致地麵紫外線輻射的增加,從而給地球生態和人類帶來一係列問題。
臭氧層被大量損耗後,吸收紫外輻射的能力大大減弱,導致到達地球表麵的紫外線b明顯增加,給人類健康和生態環境帶來多方麵的危害。已受到人們普遍關注的主要有對人體健康、陸生植物、水生生態係統、生物化學循環、材料、以及對流層大氣組成和空氣質量等方麵的影響。
對人類健康的影響主要有:臭氧量的減少、臭氧層的被破壞使到達地麵的紫外線輻射量增加。其中uv-b紫外線波段增加更多。uv-b紫外線輻射的增加,將會對人體健康產生很大影響。相關研究表明,紫外線除了在人類皮膚中產生vd外,未發現其他有益效應。紫外線對人體的危害卻較大。主要表現在影響人類皮膚、眼睛及免疫係統。
對生物的影響主要有:雖然植物已發展了對抗uv- 8高水平的保護性機製,但實驗研究表明,它們對波長為280~ 320nm水平增加的應變能力差異甚大。迄今為止,已對200多種不同的植物進行了波長為280~ 320nm的紫外線敏感性試驗,發現其中2\/3產生了反應。敏感的物種如棉花、豌豆、大豆、甜瓜和卷心菜,都發現生長緩慢,有些花粉不能萌發。它能損傷植物激素和葉綠素,從而使光合作用降低。
對全球氣候的影響:平流層中臭氧對氣候調節具有兩種相反的效應,如果平流層中臭氧濃度降低,在這裏吸收掉的紫外線輻射就會相應減少,平流層自身會變冷,這樣釋放出的紅外輻射就會減少,因之會使地球變冷。另一方麵,因輻射到地麵的紫外線輻射量增加,會使地球增溫變暖。如果整個平流層中臭氧濃度的減少是均勻的,則上述兩種效應可以互相抵消,但是如果平流層的不同區域的臭氧層濃度降低不一致,兩種效應就不會相互抵消。現在的狀況是,平流層臭氧層減少呈不均勻減少趨勢,這種變化的淨效應如何,還有待科學研究進一步證實。
由於臭氧有其特殊的性質,並易受各種因素的影響,所以臭氧層又是十分脆弱的。衛星觀測資料表明,自20世紀70年代以來,全球臭氧總量明顯減少,1979年--1990年全球臭氧總量大致下降了3%。南極附近臭氧量減少尤為嚴重,大約低於全球臭氧平均值30%--40%,出現了“南極臭氧洞”。自1985年發現“臭氧洞”以來,到1987年它變得既寬又深,1988年雖然有所緩解,但1989年以後到90年代的前幾年裏,每年南半球春季都出現很強的“臭氧洞”,1994年到1996年南極臭氧洞還在擴大。最近,從探測器發回的數據獲悉,“南極臭氧洞”麵積已達2400平方千米,最薄處隻有100多布森單位(相當於1毫米厚度)。
臭氧減少帶來的危險已受到國際社會的普遍關注,為了保護臭氧層免遭破壞,以更好地保護生態環境,國際上保護臭氧層的行動已持續了20餘年。
聯合國組織300名科學家對地球臭氧水平進行持續監測,每4年為一個評估期。
負責評估的專業人員通過監測發現,2000年至2013年,中北緯度地區50公裏高度的臭氧水平已回升4%。科學家把這種積極變化歸功於全球對某些製冷劑、發泡劑的限製使用,同時說明隻要全球行動,人類可以抵製或者延緩生態危機。
另外,臭氧層雖然在恢複,距離痊愈還很遙遠。南極臭氧層空洞依舊存在,最新計算顯示,臭氧濃度水平仍比1980年低6%。先前有預測認為,南極臭氧層空洞可能在2065年前完全消失,臭氧層可能會在本世紀中期實現痊愈,但仍需仰仗各國的共同努力。
盡管人類企圖尋找另一個與地球相近、可供人類生存的星球,但不得不承認,到目前為止,地球仍然是人類的唯一家園,人離開地球將無法生存。因此,必須善待地球、善待自然,不能以犧牲環境為代價,片麵強調發展的速度與數量。相反,應強調人與自然的和諧,強調資源的持續利用,認識臭氧層的作用,增強生態環境意識,共同維護地球。
人與自然和諧相處,才是最佳生存模式。
臭氧層中的臭氧主要是紫外線製造出來的。太陽光線中的紫外線分為長波和短波兩種,當大氣中(含有21%)的氧氣分子受到短波紫外線照射時,氧分子會分解成原子狀態。氧原子的不穩定性極強,極易與其他物質發生反應。如與氫(h2)反應生成水(h2o),與碳(c)反應生成二氧化碳(co2)。同樣的,與氧分子(o2)反應時,就形成了臭氧(o3)。臭氧形成後,由於其比重大於氧氣,會逐漸的向臭氧層的底層降落,在降落過程中隨著溫度的變化上升,臭氧不穩定性愈趨明顯,再受到長波紫外線的照射,再度還原為氧。臭氧層就是保持了這種氧氣與臭氧相互轉換的動態平衡。
地球大氣層中臭氧總量有較明顯的時空變化:赤道附近最低,緯度60°附近最高;任一地區在春季最大,秋季最小;在一天內臭氧含量通常是夜間高於白天;在亞洲中緯度地帶,當西伯利亞氣團侵入時,臭氧總量明顯增加,而赤道氣團來臨時,其總量減小。
太陽的紫外線大概有近1%部分可達地麵。尤其是在大氣汙染較輕的森林、山間、海岸周圍的紫外線較多,存在比較豐富的臭氧。
大氣臭氧層主要有三個作用。第一是保護作用,臭氧層能夠吸收太陽光中的波長306.3nm以下的紫外線,保護地球上的人類和動植物免遭短波紫外線的傷害。根據生物效應的不同,將紫外線按照波長劃分為四個波段:長波uv-a、中波uv-b、短波uv-c、真空波uv-d。波長越長,穿透能力越強。隻有長波紫外線和少量的中波紫外線能夠輻射到地麵,長波紫外線對生物細胞的傷害要比中波紫外線輕微得多。所以臭氧層猶如一件保護傘保護地球上的生物得以生存繁衍。透過的少量紫外輻射,還有殺菌作用,對生物大有裨益。
第二是加熱作用,臭氧吸收太陽光中的紫外線並將其轉換為熱能加熱大氣,由於這種作用大氣溫度結構在高度50km左右有一個峰,地球上空15--50km存在著升溫層。正是由於存在著臭氧才有平流層的存在。而地球以外的星球因不存在臭氧和氧氣,所以也就不存在平流層。大氣的溫度結構對於大氣的循環具有重要的影響,這一現象的起因也來自臭氧的高度分布。
第三是溫室氣體的作用,在對流層上部和平流層底部,即在氣溫很低的這一高度,臭氧的作用同樣非常重要。如果這一高度的臭氧減少,則會產生使地麵氣溫下降的動力。因此,臭氧的高度分布及變化是極其重要的。
關於臭氧層變化及破壞的原因,一般認為,太陽活動引起的太陽輻射強度變化,大氣運動引起的大氣溫度場和壓力場的變化以及與臭氧生成有關的化學成分的移動、輸送都將對臭氧的光化學平衡產生影響,從而影響臭氧的濃度和分布。而化學反應物的引入,則將直接地參與反應而對臭氧濃度產生更大的影響。人類活動的影響,主要表現為對消耗臭氧層物質的生產、消費和排放方麵。
大氣中的臭氧可以與許多物質起反應而被消耗和破壞。在所有與臭氧起反應的物質中,最簡單而又最活潑的是含碳、氫、氯和氮幾種元素的化學物質,如氧化亞氮(n2o)、水蒸汽(h2o)、四氯化碳l4)、甲烷(ch4)和現在最受重視的氯氟烴(cfc)等。這些物質在低層大氣層正常情況下是穩定的,但在平流層受紫外線照射活化後就變成了臭氧消耗物質。這種反應消耗掉平流層中的臭氧,打破了臭氧的平衡,導致地麵紫外線輻射的增加,從而給地球生態和人類帶來一係列問題。
臭氧層被大量損耗後,吸收紫外輻射的能力大大減弱,導致到達地球表麵的紫外線b明顯增加,給人類健康和生態環境帶來多方麵的危害。已受到人們普遍關注的主要有對人體健康、陸生植物、水生生態係統、生物化學循環、材料、以及對流層大氣組成和空氣質量等方麵的影響。
對人類健康的影響主要有:臭氧量的減少、臭氧層的被破壞使到達地麵的紫外線輻射量增加。其中uv-b紫外線波段增加更多。uv-b紫外線輻射的增加,將會對人體健康產生很大影響。相關研究表明,紫外線除了在人類皮膚中產生vd外,未發現其他有益效應。紫外線對人體的危害卻較大。主要表現在影響人類皮膚、眼睛及免疫係統。
對生物的影響主要有:雖然植物已發展了對抗uv- 8高水平的保護性機製,但實驗研究表明,它們對波長為280~ 320nm水平增加的應變能力差異甚大。迄今為止,已對200多種不同的植物進行了波長為280~ 320nm的紫外線敏感性試驗,發現其中2\/3產生了反應。敏感的物種如棉花、豌豆、大豆、甜瓜和卷心菜,都發現生長緩慢,有些花粉不能萌發。它能損傷植物激素和葉綠素,從而使光合作用降低。
對全球氣候的影響:平流層中臭氧對氣候調節具有兩種相反的效應,如果平流層中臭氧濃度降低,在這裏吸收掉的紫外線輻射就會相應減少,平流層自身會變冷,這樣釋放出的紅外輻射就會減少,因之會使地球變冷。另一方麵,因輻射到地麵的紫外線輻射量增加,會使地球增溫變暖。如果整個平流層中臭氧濃度的減少是均勻的,則上述兩種效應可以互相抵消,但是如果平流層的不同區域的臭氧層濃度降低不一致,兩種效應就不會相互抵消。現在的狀況是,平流層臭氧層減少呈不均勻減少趨勢,這種變化的淨效應如何,還有待科學研究進一步證實。
由於臭氧有其特殊的性質,並易受各種因素的影響,所以臭氧層又是十分脆弱的。衛星觀測資料表明,自20世紀70年代以來,全球臭氧總量明顯減少,1979年--1990年全球臭氧總量大致下降了3%。南極附近臭氧量減少尤為嚴重,大約低於全球臭氧平均值30%--40%,出現了“南極臭氧洞”。自1985年發現“臭氧洞”以來,到1987年它變得既寬又深,1988年雖然有所緩解,但1989年以後到90年代的前幾年裏,每年南半球春季都出現很強的“臭氧洞”,1994年到1996年南極臭氧洞還在擴大。最近,從探測器發回的數據獲悉,“南極臭氧洞”麵積已達2400平方千米,最薄處隻有100多布森單位(相當於1毫米厚度)。
臭氧減少帶來的危險已受到國際社會的普遍關注,為了保護臭氧層免遭破壞,以更好地保護生態環境,國際上保護臭氧層的行動已持續了20餘年。
聯合國組織300名科學家對地球臭氧水平進行持續監測,每4年為一個評估期。
負責評估的專業人員通過監測發現,2000年至2013年,中北緯度地區50公裏高度的臭氧水平已回升4%。科學家把這種積極變化歸功於全球對某些製冷劑、發泡劑的限製使用,同時說明隻要全球行動,人類可以抵製或者延緩生態危機。
另外,臭氧層雖然在恢複,距離痊愈還很遙遠。南極臭氧層空洞依舊存在,最新計算顯示,臭氧濃度水平仍比1980年低6%。先前有預測認為,南極臭氧層空洞可能在2065年前完全消失,臭氧層可能會在本世紀中期實現痊愈,但仍需仰仗各國的共同努力。
盡管人類企圖尋找另一個與地球相近、可供人類生存的星球,但不得不承認,到目前為止,地球仍然是人類的唯一家園,人離開地球將無法生存。因此,必須善待地球、善待自然,不能以犧牲環境為代價,片麵強調發展的速度與數量。相反,應強調人與自然的和諧,強調資源的持續利用,認識臭氧層的作用,增強生態環境意識,共同維護地球。
人與自然和諧相處,才是最佳生存模式。