臭氧层

一、什么是臭氧　　太阳是一个巨大的热体，表面温度高达6000℃，是地球取之不尽的能量来源。我们都知道，人类肉眼可以看到的“赤橙黄绿青蓝紫”的七彩光是可见光范围的太阳辐射，实际上到达地面的太阳光还有红外线和紫外线等。太阳辐射的紫外光中有一部分能量极高，如果到达地球表面，就可能破坏生物分子的蛋白质和基因物质，即我们所熟知的DNA，造成细胞破坏和死亡。然而，自然的力量改变了这一过程，地球的大气层就像一个过滤器，一把保护伞，将太阳辐射中的有害部分阻挡在大气层之外，使地球成为人类可爱的家园。而完成这一工作的，就是今天已经妇孺皆知的“臭氧层”。　　臭氧与我们熟知的氧气是“亲兄弟”，只是臭氧由三个氧原子构成，而氧气由两个氧原子构成。由于臭氧和氧气之间的平衡，大气中形成了一个较为稳定的臭氧层，这个臭氧层的高度大约在距离地面表面15~25千米处。生成的臭氧对太阳的紫外辐射有很强的吸收作用，有效地阻挡了对地表生物有伤害的紫外线。因此，实际上可以说，臭氧层形成之后，才有了生命在地球上的生存、延续和发展，臭氧层是地表生物系统的“保护伞”。　　二、南极臭氧空洞　　臭氧层在大气中是极其脆弱的一层气体，如果在零度的温度下，沿着垂直的方向将大气中的臭氧全部压缩到一个大气压，那么臭氧层的总厚度只有3毫米左右。　　科学家在南极地区最早发现了严重的臭氧层破坏。南极是一个非常寒冷的地区，终年被冰雪覆盖，四周环绕着海洋。在过去１０～１５年间，每到春天南极上空平流层的臭氧都会发生急剧的大规模耗损。极地上空臭氧层的中心地带，近９５％的臭氧被破坏。从地面向上观测，高空的臭氧层已极其稀薄，与周围相比像是形成了一个“洞”，直径上千千米，“臭氧洞”就是因此而得名的。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。１９８７年１０月，南极上空的臭氧浓度下降到了１９５７～１９７８年间的一半，臭氧洞面积则扩大到足以覆盖整个欧洲大陆。从那以后，臭氧浓度下降的速度还在加快，有时甚至减少到只剩30%，臭氧洞的面积也在不断扩大。1994年10月观测到臭氧洞曾一度蔓延到了南美洲最南端的上空。近年臭氧洞的深度和面积等仍在继续扩展，1995年观测到的臭氧洞的天数是77天，到1996年几乎南极平流层的臭氧全部被破坏，臭氧洞发生天数增加到80天。1997年至今，科学家进一步观测到臭氧洞发生的时间也在提前，1998年臭氧洞的持续时间超过100天，是南极臭氧洞发现以来的最长记录，而且臭氧洞的面积比1997年增大约15%，几乎可以相当三个澳大利亚的面积。这一迹象表明，南极臭氧洞的损耗状况正在恶化之中。　　三、臭氧洞是怎样形成的　　臭氧洞一经发现，立即引起科学界及整个国际社会的震动。最初对南极臭氧洞的出现有三种不同的解释。一种认为是底层含臭氧少的空气被风吹到平流层的天然结果；第二种解释认为，南极臭氧洞是由宇宙射线在高空生成氮氧化物的自然过程；但是，美国的两位科学家Monila和Rowland指出，正是人为的活动造成了今天的臭氧洞。元凶就是我们现在所熟知的氟利昂和哈龙。　　越来越多的科学证据否定了前两种假说，而证实氟利昂和哈龙产生的氯和溴在平流层通过化学过程破坏臭氧是造成南极空洞的主要原因。那么氟利昂和哈龙是怎样进入平流层，又是如何引起臭氧层破坏的呢？我们知道就重量而言人为释放的氟利昂和哈龙的分子虽然都比空气重，但它们在低层几乎不与任何分子发生反应，因此不能通过一般的大气化学过程去除。经过一两年的时间，这些物质于全球范围内在对流层分布均匀，然后主要在热带地区上空被大气环流带入平流层，风又将它从高纬度地区向低纬度地区输送，在平流层内混合均匀。在平流层内，强烈的紫外线照射使氟利昂和哈龙发生分子解离，释放出原子状态的高活性的氯和溴，生成破坏臭氧层的主要物质，它们对臭氧层的破坏是以催化剂的方式进行的。据估算，一个氯原子可以破坏104----105个臭氧分子．而由哈龙释放的溴原子对它的破坏能力是氯原子的３０～６０倍。而且，氯原子和溴原子还存在协同作用即二者同时存在时，破坏臭氧的能力要大于二者的简单加和。　　南极臭氧空洞的形成是包含大气化学、气象学的三维复杂过程，但根源是地球表面人为活动产生的氟利昂和哈龙，氟利昂和哈龙在大气中的寿命很长，一旦进入大气就较难去除，这意味着它们对臭氧层的破坏会持续一个漫长的过程．　　四、臭氧层保护　　氟利昂是美国杜邦公司３０年代开发的一个引为骄傲的产品被广泛用于制冷剂、溶剂。塑料发泡剂、气溶胶喷雾剂及电子清洗剂等，哈龙在消防等行业发挥着重要作用、当科学家研究令人信服地揭示出人类活动已经造成臭氧层严重损耗的时候，“补天”行动非常迅速。实际上．现代社会很少有一个科学问题像“大气臭氧层”这样由激烈的反对、不理解，　　迅速发展到全人类采取一致行动来加以保护。　　１９８５年，也就是Monlina和Rowland提出氯原子臭氧层损耗机制后１１年，同时也是南极臭氧洞发现的当年由联合国环境署发起．通过保护臭氧层的维也纳公约．首次在全球建立了共同控制臭氧层破坏的一系列原则方针。　　１９８７年，大气臭氧层保护的重要历史性文件《蒙特利尔议定书》通过．在该议定书中，规定了保护臭氧层的受控物质种类和淘汰时间表．要求到2000年全球的氟利昂消减一半，并制定了针对氟利昂类物质生产、消耗、进口及出口等的控制措施。　　由于进一步的科学研究显示大气臭氧层损耗的状况更加严峻，１９９０年通过《蒙特利尔议定书》伦敦修正案。１９９２年通过了哥本哈根修正案，其中受控物质的种类再次扩充．完全淘汰的日程也一次次提前。　　从这里我们不仅可以看到人类日益紧迫的步伐，而目也发现，即使如此努力地弥补我们上空的“臭氧洞”，但由于臭氧层损耗物质从大气中除去十分困难．预计采用哥本哈根修正案．也要在２０５０年左右平流层氢原子浓度才能下降到临界水平以下．到那时，我们上空的“臭氧洞”可望开始恢复。臭氧层保护是近代史上一个全球合作十分典型的范例。这种合作机制将成为人类的财富，并为解决其它重大问题提供借鉴和经验。

我们已经知道，在多种温室气体之中，有一种叫氯氟烃。它在大气中的浓度虽是温室气体中最小的，可它却是造成另一种世界环境灾难--南极臭氧洞和全球臭氧层减薄的元凶。　　臭氧是我们日常呼吸的氧气的“同胞兄弟”。不过它不是由两个氧原子，而是由三个氧原子组成的。在一般温度下，为气体状态，呈浅蓝色。它在大气中属微量气体，总量只占大气的百万分之0.4，而且90％以上集中在10-50公里的高层大气之中。全球大气中臭氧总量虽然约有30亿吨，可是如果把臭氧气体统统压缩到地面大气压力情况下，单位面积上的臭氧层厚度只有薄薄的3毫米。　　地球生命的保护伞　　千万可别小看了这“薄薄3毫米”的臭氧层，它可是地球上一切生物包括人类在内的生命保护神啊！因为它可以吸收掉太阳辐射中对地球生命致命的紫外线。原来，在太阳光谱中，按波长从短到长可以分为三个部分，即紫外线、从紫到红的可见光和红外线。紫外线和红外线都是看不见的。紫外线又可分为三个部分，其中波长最长也就是长于320纳米的称为紫外线A，波长290-320纳米称为紫外线B，波长短于290纳米，也就是整个太阳光谱中波长最短的部分称为紫外线C。紫外线C可以杀死地面上一切生命，所幸这部分紫外线被高空臭氧层完完全全地吸收掉了。紫外线B只可以严重损伤地球生命，但其中波长最短的有害部分基本上也被臭氧层所吸收。紫外线A对人类是有益的。例如，可以杀菌以及使人体内转化合成维生素D，防止佝偻病等。瞧，有害的吸收掉了，有益的保存了下来，大自然为人类设计得多么巧妙。可是，恰恰是人类自己却制造出了氯氟烃等气体破坏臭氧层，自毁长城，闯下了又一个不可饶恕的弥天大祸。