臭氧层——地球生物的保护伞

张兴才

摘要：大气中的臭氧层是使地球生物避免过量紫外线照射的“保护伞”。臭氧层的破坏，势必威胁地球生物的生存和发展。为了人类的可持续发展，臭氧层的保护已刻不容缓。保护臭氧层不仅仅是政府行为，同时也应是各个公民的自觉行为，同时也应是各个公民的自觉行动。只有这样，才可能恢复臭氧层的本来面目。

关键词：臭氧层 紫外线 动态平衡 温室效应 环境保护

一、原始大气中无臭氧层

地球形成的初期，其内部有大量的气体，随着频繁的火山喷发和造山运动排出地表，笼罩在地球上空，形成第二代原始大气，它的主要成分是水蒸气、二氧化碳、氮气、甲烷和氨。次生大气中没有氧气，也不能形成臭氧，强烈的紫外线就可以不受任何阻拦而直接照射到地面上，为原始生命的出现提供了能量。大约在36亿年前地球上出现了原始生命。原始海洋为原始生命提供了避免强烈紫外线辐射的“避难所”。

二、臭氧层的形成

大约在20多亿年前，原始海洋里出现了蓝藻，它利用太阳光和大气中的二氧化碳，合成碳水化合物供自己使用，并“吐出”O2，蓝藻的光合作用使大气中的O2增多，CO2减少。此后植物经过变异、自然选择而种类繁多，使大气中氧气不断增加，经数亿年变迁后演变成现代大气。现代大气主要由氮（78%）和氧（21%）组成，其他气体的含量甚微，其中互为同素异形体的氧气和臭氧对地球生命的生存和进化起着举足轻重的作用。在低层大气里，由于缺乏氧原子，因而生成臭氧的机会很少，所以臭氧的含量很低，仅占0.001ppm，随着高度增加，太阳紫外线辐射增强，氧分子在吸收了太阳波长小于185nm紫外线作用下发生分解，氧原子随之增多，因而生成臭氧的机会就多。大致在10km以上臭氧含量逐渐增加，在20—30km氧原子和氧分子的含量都比较多，这一高度中臭氧含量最大，浓度达0.2ppm，形成所谓的臭氧层。在此高度以上紫外线辐射更加强烈，大部分氧分子被分解成氧原子，出现氧原子过多而氧分子过少的状况，结合成臭氧的机会就少，所以臭氧含量也逐渐减少。大致在60km以上，臭氧含量就极少了。与此同时，大气层中臭氧在吸收200—320nm左右紫外线照射时，会使臭氧分解成氧。因此，高层大气中存在着臭氧和氧相互转化的动态平衡。由于地球不同纬度受太阳辐射的强度不一，中低纬度上空的臭氧层厚度较厚，而高纬度上空的臭氧层厚度较薄，因此存在着臭氧层分布不均匀现象。

三、臭氧层的重要性

臭氧在形成和分解过程中吸收了大量紫外线，避免了地球上的生物遭受过量紫外线的照射，保护了地球的生物，同时臭氧吸收紫外线以后，使到达地面的太阳辐射能量少了，能使地面温度和大气温度不至于过热；另一方面照射到地球表面的太阳能以紫外线形式向外层空间散发热量，如果全部紫外线散失至外层空间，则现在地球温度将下降30℃，之所以没有出现这种情况，是因为大气层中存在着一些“温室气体”——CO2、NO2、H2O、O3、CH4、

CFC等吸收了这些紫外线，O3也扮演了这一角色。由此可见，臭氧层的存在对维持地球环境十分重要。

四、臭氧层破坏的原因及其带来的危害

这几十年来，工厂和家庭广泛使用冰柜和电冰箱，排放出大量氯氟烃（俗称氟利昂），这些物质在低空中不易分解，当它们上升到平流层（臭氧层就在平流层）后，可在光的作用下分解，产生Cl原子，Cl原子可与O3反应生成ClO+O2，其产生的ClO又和O反应生成Cl和O2。有关反应式如下：

Cl+O3→ClO+O2

ClO+O→Cl+O2

经过这种“链式反应”会对臭氧层产生长久的破坏作用。据一些科学家研究：现在南极上空出现了臭氧层空洞，面积约为9×106km2，北极上空的臭氧层也在变薄，欧洲、澳大利亚上空的臭氧层在冬季和春季均减少10%，我国青藏高原上空臭氧层空洞越来越大。臭氧层的破坏，给地球环境和人体健康带来极大危害：

首先，臭氧层减少照射到地面的紫外线增多。根据联合国一份调查报告，辐射到北半球的有害紫外线与10年前相比上升了5%，并有越来越强的趋势，强烈的紫外线会损伤人体皮肤中的遗传物质，导致皮肤癌，还能引起角膜炎、白内障等眼病，还可抑制人类和动物的免疫能力，导致相关疾病的发生，与此同时紫外线还能对农作物、海洋浮游动植物和自然生态系统造成直接或间接的影响；

其次，还可能导致世界气候变暖，这不仅是因为到达地面的紫外线增多，而且氯氟烃还可以强烈吸收红外线辐射，引起“温室效应”。

五、保护臭氧层

一些国际机构和环保部门，为了保护臭氧层，制定了《蒙特利尔公约》，其中规定，发达国家在2004年前应该取消使用氯氟烃，发展中国家在2010年应取消使用氯氟烃。后来为了进一步明确责任，保护世界环境，增加可持续发展，于1992年6月，联合国环境与发展大会在巴西里约热内卢召开，会议通过了《里约环境与发展宣言》、《21世纪议程》等重要文件。

对臭氧、臭氧层的研究越来越成为各国科学家研究的热点，1995年诺贝尔化学奖授予致力研究臭氧层破坏问题的三位环境化学家。现在世界各国政府和人民对大气层中臭氧层的破坏对地球生物所造成的生存危机越来越重视。保护环境、保护臭氧层已成为所有地球公民的共识，随着人类对臭氧层认识的 不断深入，人类一定会有能力、有办法解决臭氧层空洞越来越大的难题，并最终还它本来面目。