一、臭氧层 我们从小的时候开始,大气中可能就有臭氧层。 这层臭氧层能够吸收紫外线,保护住在地表的生物们。 20年前,南极上空的臭氧层破孔曾经引起世界的关注。
臭氧层是什么?
地球的大气从地面到宇宙,被科学家们分为对流层、平流层、中气层、热层、散逸层5层。
大气层次图/NOAA有变更
在平流层顶部,由于紫外线的照射很强,紫外线所具有的强能量将氧光分解成两个氧原子,氧原子与未光分解的氧结合成臭氧分子,这些臭氧分子不稳定,被紫外线分解成氧和氧原子。
氧在紫外线照射下形成臭氧的过程
这样,这些臭氧聚集在平流层的顶端形成薄的气层,这就是臭氧层。
二、起源和影响 臭氧层之所以首先不存在于地球上,是因为地球上没有氧气,约8~5亿年前,地球上的氧气含量逐渐上升,氧气聚集到平流层,形成臭氧的条件。 大约6亿年前,大气中的氧气达到现在的氧气的90%,估计那时的臭氧浓度也是现在的90%。 (从氧气、毒性气体到有用气体:公元前40亿年地球氧的推移史)
约6亿年前,臭氧含量达到现在的90%
臭氧层的出现给地球带来的最直接的影响是生命的多样性开始爆发性增加。 约6亿年前,臭氧含量达到现在的90%时,地球到处开始出现大量的生物群落,古生物学家们现在能追踪的最早的大型古生物群落从6亿年左右开始。
青田生物群化石,6亿年前
青田生物群化石,6亿年前
青田生物群复原图,不是住在水面而是住在水底
臭氧层的出现为什么会使生物多样性爆发性地生长呢?因为臭氧层能够吸收大部分紫外线。 紫外线对生命极具破坏性,构成我们生物体的蛋白质、DNA、RNA等容易被紫外光破坏。 这就是晒被子的原因。 因为太阳紫外线会杀死细菌。 当然,搜寻每个人都有的宝藏,紫外线消毒的产品也很多。 其实,紫外光对生命体有致命影响的原理
晒被子能杀菌的是真正的图/网
某宝广告图,紫外线杀菌设备图/某宝
科学家发现,过度暴露于紫外线可能会引起皮肤癌、白内障、免疫系统疾病等。 2011年4月13日,世界卫生组织将紫外线辐射分为一极致癌物质,这是被认定的最高水平致癌物质。
在致癌物质的分类中,紫外线是一级致癌物质
臭氧层出现后,大部分紫外线停留在地球外面以来,生物们可以自由地生活在海洋表面,不久的将来,甚至可以登陆陆地上生存。
三、破洞的臭氧层 1985年左右,据世界气象组织( WMO )的观测,每年8月下旬到10月上旬南极上空的臭氧层空洞化,到了2000年左右,科学家们发现空洞面积逐年增加,进而扩大到南美大陆之后,在北极和欧洲等地也发现臭氧层的严重破损
蓝色是空洞的
臭氧层对生物的重要作用是,臭氧层一旦被破坏,无法吸收大量紫外线,对植物和动物来说都是生态灾害,微生物直接死亡,动物们可能会得到各种皮肤疾病、免疫系统疾病等,植物可能会出现光合效率极低等结果。 科学家们在南极附近的巴塔哥尼亚地区,发现了被强烈紫外线全盲的动物,如兔子、鲑鱼等。
巴塔哥尼亚地理位置
科学家研究了臭氧层破坏的机理,发现人类活动可能是引起臭氧层破坏的主要原因:人类化工产生的大量氟利昂化合物(如臭名昭着的氟利昂)和含溴卤代烃等化学气体在大气环流的作用下从地面进入平流层,这些气体在紫外线照射下分解 分解的氯、溴等原子破坏臭氧,人类化学活动年年破坏地球臭氧层,引起臭氧层空洞逐年扩大。
四、致死人类的地面污染物 有趣的是,由于人类的活动,空中的臭氧层逐年消失,而地面上又形成了大量的臭氧,这些臭氧聚集在地面1-2km的空气中,成为重要的二次大气污染物。
这些臭氧是怎样形成的呢?极小部分是自然形成的,大部分是由煤炭、汽车尾气、石油化工等活动产生的。
对臭氧污染的认识源于1940-1960年间的“洛杉矶光化学烟雾”事件。 1943年美国洛杉矶的250万辆汽车每天燃烧1100吨汽油,排出大量汽车尾气,大量聚集的汽车尾气在日光的作用下形成大量有毒气体,这些有毒气体包括臭氧、氮氧化物、醛、过氧化物等,这些有毒气体形成淡蓝色烟雾的形态 这些烟雾引起红眼、头痛等症状,1955年光化学烟雾导致65岁以上的老年人死亡400馀人
光化学烟雾的洛杉矶
此次事件之后,在光化学烟雾中发现臭氧是非常重要的污染物,一直以来都把臭氧污染纳入视野。 臭氧具有腐蚀性,吸入过多会给人体带来多方面的伤害:刺激呼吸道,引起呼吸困难的咳嗽,诱发支气管炎和肺气肿的神经中毒,破坏引起头晕头痛、视力下降、记忆力减退的免疫系统,诱发淋巴细胞病变加速衰老的胎儿畸形等。 科学研究表明,臭氧的增加导致死亡率的增加。
死亡率和臭氧
不仅如此,臭氧对植物也有很大的影响,中国科学家还统计了臭氧污染造成的农业经济损失
臭氧造成的农业损失
五、臭氧现状 自从发现臭氧层空洞以来,我们人类社会就非常关心这个问题。 毕竟,这真是一个影响我们生死存亡的问题。 1987年,许多国家签署了《蒙特利尔议定书》,之后通过一些议案决定控制破坏臭氧的物质生产,经过数十年的关注和控制,2005年发达国家停止生产甲基溴,2010年发展中国家停止生产甲基溴
但是,关于臭氧污染,这实际上是城市化进程、工业化进程共存的进程,PM2.5是与臭氧一起出现在该进程中的污染物,PM2.5已经得到有效管理,近年来PM2.5的严重污染天数逐年减少,但臭氧污染
目前我国对臭氧污染的治理已有所提高,但这种污染的原因比较复杂,治理可能需要较长的时间。 但是,无论如何,我们是学习能力强的物种,总是能够在教训中处理这些问题。