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第17章 臭氧层保护

第一篇第十六章臭氧层保护

一、什么是臭氧

太阳是一个巨大的热体,表面温度高达6 000℃,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

大约在距离地面15~25千米处。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情况。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年间浓度

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。

由于臭氧层空洞扩大,目前世界上每年每百万人中有2 000人患皮肤癌。如果臭氧层不能得

到恢复,空洞继续扩大,到2070年,全世界皮肤癌者人数将增加5%。

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;另一种解释

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臭氧空洞的主要原因。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

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、气象学内容的三维复杂过程,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。

过去人们对臭氧层的注意力,大多集中于南极洲,后经许多科学家观测表明,北半球臭

氧层也遭到破坏。北纬32度~60度地区夏季,臭氧浓度减少0.5%~1%,冬季的臭氧浓度

减少

0.8%~2.0%。20世纪90年代北欧发现2 000平方千米的平流层中1月份臭氧层的厚度减少

了。1993年

2月设得兰群岛以北地区臭氧浓度减少了10%至40%。经许多国家科学家观测分析得出一致

结论,北半球臭氧层也出现一洞,臭氧浓度至少下降10%,目前还在继续扩大。尤其是北纬

30度~60度是地球上人口分布密集地区,这一纬度覆盖了北美、欧洲和亚洲大部分地区。此

地区正好是欧、美、日发达国家分布地区。这一现象引起发达国家的惊恐不安和高度重视。

四、臭氧层保护

氟利昂是美国杜邦公司20世纪30年代开发的一个引以为骄傲的产品,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”行动非常迅速进

行了。

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