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關于南極臭氧空洞你應該知道的那些事

  從20世紀90年代開始作為討論熱點的南極上空臭氧層空洞危機,到近幾年成為焦點的近地面層臭氧污染,臭氧一直在扮演著一個吸引公眾眼球的角色。作為大氣中一種微量氣體,為什么它能持續地引發公眾的興趣,臭氧到底是什么?它是如何形成的?它有哪些對人有益的屬性?又有哪些有害的屬性?高空臭氧和近地面臭氧具有相同的作用還是截然相反的作用?

  臭氧到底是什么

  空氣中的氧,最基本的存在形式是氧原子(O),兩個氧原子結合到一起就成了氧氣(O2),三個氧原子結合到一起就成了臭氧(O3),所以臭氧并不是什么神秘或是特殊的東西,它就是氧的三種同素異形體之一,從存在形式上可以理解為氧氣的不同形態,或是多了一個氧原子的氧氣。

  一般來講,臭氧主要分布在對流層和平流層,在這兩個不同的層面上,臭氧形成的機理有所不同,其造成的危害也有所差別。

  平流層臭氧是如何形成的,它有什么重要作用

  當大氣中的氧氣分子受到短波紫外線照射時,一部分氧氣分子會分解為氧原子,氧原子的不穩定屬性讓它很容易與周圍的分子發生反應,如與氫氣(H2)反應就生成了水(H2O),與氧氣(O2)反應就生成了臭氧(O3)。當臭氧形成以后,由于其比重比氧氣大(多了一個氧原子),因此會逐漸下降。在下降的過程中,由于溫度不斷升高(絕大多數情況下,氣溫隨高度升高而降低,越接近地面溫度越高),再加上長波輻射的作用,一部分臭氧(O3)又重新還原為氧(O)和氧氣(O2)。在大氣層中一定的高度(一般是20~25千米),氧氣和臭氧會達到一個動態平衡,從而形成一個比較穩定的臭氧分布層,這一大氣層中的臭氧含量約占高空大氣層中臭氧含量的90%,而其他10%的臭氧分布在更高的25~50千米,我們一般把臭氧含量較高的20~50千米的大氣層稱為臭氧層。

  造成臭氧層空洞最主要的原因是氟氯碳化合物(CFCs,俗稱氟利昂,空調制冷劑)和含溴化合物哈龍(Halons,滅火劑原料)與臭氧發生反應,破壞臭氧層。

  人類釋放的CFCs和Halons分子都比空氣分子重,但由于這些物質在對流層是化學惰性和穩定的,基本無法通過化學反應消除,可以存在很長時間。在這段時間里,這些物質通過擴散,基本會在全球范圍內的對流層達到一種均勻分布的狀態,而對流層頂的高度各個地方并不相同,并且會隨著緯度和季節的變化而發生變化。一般來講,赤道附近最高(約18千米),兩極附近最低(約8千米),在兩者之間的副熱帶地區會產生不連續現象,從而形成對流層頂缺口。在這個缺口處,上下層的空氣混合運動非常強烈,CFCs和Halons便會通過這種方式進入平流層,風又將它們從低緯度地區向高緯度地區輸送,在平流層內混合均勻。平流層接收到強烈的紫外線照射使CFCs和Halons本來穩定的化學性質變得活躍,其分子會發生解離,從而釋放出高活性的、原子態的氯和溴的自由基,它們很容易與臭氧分子發生化學反應,從而破壞臭氧層。非常可怕的是,根據估算,一個氯原子自由基可以破壞104~105個臭氧分子,而一個溴原子自由基對臭氧分子的破壞能力是氯原子的30~60倍,而且兩者同時存在時,其對臭氧分子的破壞力呈指數級增加。所以即使進入大氣中的CFCs和Halons量很少,也會對臭氧層產生巨大的破壞力。

  太陽光中存在對生物生存有害的紫外線,而在一般情況下,作為地球的“保護傘”和“防護罩”,平流層中的臭氧幾乎吸收了所有對生物有害的紫外線,所以如果臭氧層被破壞,將會嚴重影響大氣環境及人類和其他生物的生存。對人類來說,過度的陽光照射會引起皮膚病,過量的紫外線照射被認為是導致白內障的主要原因,免疫系統也會因為照射過多的紫外線而出現問題。紫外線的增強還會導致農作物減產,影響植物的光合作用等。

  對流層臭氧是如何形成的,有哪些危害

  對流層臭氧和平流層臭氧的形成機理有所不同。在對流層中,人類活動排放的氮氧化合物(NOx)、非甲烷總烴(NMHC,通常是指除甲烷以外的所有可揮發的碳氫化合物)和一氧化碳(CO)等污染物,經光化學反應可以在低層大氣中產生二次污染物臭氧(O3),并進一步引發城市光化學的二次污染。隨著工業的發展和人類活動的不斷增強,氮氧化合物、非甲烷總烴和一氧化碳這些能夠通過反應,在對流層中生成臭氧的物質的排放量會越來越多,從而導致對流層臭氧對人類環境和人體健康影響越來越大。

  對流層臭氧對人體健康的影響主要體現在對呼吸道的強烈刺激,損害肺功能,對有支氣管疾病和哮喘的人尤其明顯;暴露在一定濃度的臭氧環境下的植物葉片在很短的時間內就會出現點彩狀和青銅色傷斑;臭氧對衣物、建筑材料等物質也會有破壞作用,如使紡織物褪色,加速橡膠和塑料的老化。

  除了對人體和生物健康的威脅和影響外,臭氧作為對流層大氣中非常重要的氧化劑之一,能夠直接或間接地參與幾乎所有的大氣光化學過程,比如可以促進二氧化硫(SO2)的氧化過程,從而間接地催生酸雨污染;比如可以促進細微顆粒物的生成和長大,造成氣溶膠顆粒物污染等。

  對平流層臭氧的保護和對流層臭氧的控制

  平流層臭氧是地球生命的“保護傘”和“守護神”,我們要懂得保護它。1987年9月16日,在加拿大蒙特利爾召開的國際臭氧層保護大會上通過的《蒙特利爾議定書》,要求締約國要限制使用氟氯化碳和其他耗竭臭氧的化學物質。1995年,聯合國大會把每年的9月16日作為國際保護臭氧日。2007年9月召開的議定書第19次締約方大會達成了“在2030年之前全球范圍內徹底停止生產和使用主要消耗臭氧層物質”的協定,這對進一步保護對流層臭氧,避免造成更大范圍的臭氧層空洞具有非常重要的現實意義。

  相對于平流層臭氧的保護,對流層臭氧的控制也許更難。我國還處于經濟迅猛發展階段,能源的消耗仍將長期維持大幅度增加,這些都是可能引發平流層臭氧損耗和對流層光化學污染的潛在危險,尤其是對流層污染的加劇,會直接或間接造成區域光化學污染、霾天氣、酸雨等一系列污染問題。

  總之,加強對平流層臭氧的保護和對流層臭氧的控制,對于我們保護環境,建設生態文明城市都具有重要意義,需要全社會行動起來。

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