详论臭氧层危机

详论臭氧层危机

详论臭氧层危机

　

臭氧就是三原子氧（Ｏ3），是我们熟知的氧气的同素异形体。从地面往上到大气边缘都广泛存在臭氧，离地面约10~50千米的大气层中，含有较多的臭氧，称这个臭氧较集中的气层为臭氧层，它跨平流层和中间层。

臭氧层是法国科学家C.法布里于20世纪初发现的。臭氧层中，臭氧的浓度随高度变化，在离地面20—30公里处的臭氧浓度最高，也就是说浓度最大的区域出现在平流层的范围内。实际上，平流层保存了大气中90% 的臭氧。

臭氧层的臭氧含量与其他大气成分相比是很小的，其只是大气的微量成份，把整个臭氧层的臭氧折算到标准状态(气压1013.25百帕、气温273.15K)，其总累积厚度为0.15~0.45厘米，平均约0.30厘米，这种计量方法叫柱浓度法，采用多布森单位（Dobuson unit,简称D.U）来表示，正常大气中臭氧的柱浓度为300Ｄ.U。

臭氧层的主要作用是吸收紫外线。一般我们将来自太阳的紫外辐射按照波长的大小分为三个区：（１nm＝10-9ｍ）

　　　　　325－400 nm        ＵＶ－Ａ区

　　　　　280－325 nm　　　　ＵＶ－Ｂ区

　　　　　200－280 nm　　　　ＵＶ－Ｃ区

ＵＶ－Ａ区紫外线不能被臭氧有效吸收，但也不会造成地表生物圈的损害．事实上，这一波段少量的紫外线也是地表生物所必须的，它可促进人体的固醇类转化成维生素Ｄ，缺乏维生素Ｄ会引起软骨病，尤其对儿童的生长发育产生不良影响；

ＵＶ－Ｂ区的紫外线是可能到达地表并对人类和生态系统造成最大危害的部分，正常情况下大气中的臭氧可以吸收绝大部分的此波段的紫外线；

ＵＶ－Ｃ区的紫外线波长短，能量高，但能被大气中的氧气和臭氧完全吸收，即使平流层的臭氧发生损耗，也不会到达地表。

由上可见，对人类来说大气中的臭氧主要作用是拦截对人类和生态系统有伤害作用的ＵＶ－Ｂ区的紫外线，臭氧层是地表生物系统的保护伞。

1930年查普曼（Chapman）提出了一个纯氧体系的光化学反应机制，即平流层的臭氧则主要是氧气在太阳的紫外线的轰击下分解而成。

其生成过程如下所示：

　　　　　　　　　Ｏ2 　    紫外线　　  Ｏ        产生的氧原子有很强的化学活性

　　　　　　　　　Ｏ2＋Ｏ        Ｏ3 　　　与氧气分子反应生成臭氧

臭氧的去除反应也是在紫外线的作用下进行的：

　　　　　　　Ｏ3　　紫外线　　Ｏ2＋Ｏ　　　臭氧吸收紫外线被光解

　　　　　　　Ｏ＋Ｏ　　　　Ｏ2　　　　　　氧原子化合为氧气

以上生成和去处反应保持着动态的平衡。

1974年美国科学家约翰斯顿（Johnston）对以上过程作了定量计算，发现平流层的臭氧的去除反应加上向对流层的臭氧输送，仅为臭氧生成量的20％，这一结果表明，平流层的臭氧损耗还存在更重要的过程。

    实际上，平流层大气尽管远比对流层稀薄，但也含有一定量的水汽、含氮化合物和含卤族化合物等。科学家发现，除了Chapman提出的臭氧去除反应外，平流层臭氧更重要的去除途径是所谓催化反应机制：

　　　　　　　　Y + O3        YO+ O２　　　　Ｙ夺取臭氧分子的一个氧原子

　　　　　　　  YO+O        Y+ O２　　　　　释放氧原子形成氧气

   　　　　　　　 其净结果是：　　　　     　O3+ O   &nb

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