数亿年以前,地球上的大气中没有臭氧层,地球的表面受到来自太阳的紫外线强烈照射,地面上没有生物存在,仅有少数生物生存在水中,因为水能吸收紫外线,水中绿色植物不断地吸收大气中的二氧化碳,释放出氧气,扩散到空气中,而其中一部分的氧气在大气层的上层,受到紫外线的作用,依右上表里所示的反应式,氧气变成了臭氧而产生了臭氧层。
臭氧层对地球上的生命相当重要,因它能滤除紫外线,地球上生物才能登上陆地,展开另一种灿烂多姿的地表生活。
在距离地球表面14-25公里的高空 ,因受太阳紫外线照射的缘故,形成了包围在地球外围空间的臭氧层,这臭氧层正是人类赖以生存的保护伞。这就是大多数人对臭氧的全部认识。人类真正认识臭氧还是在150多年以前,由德国化学家先贝因(Schanbein)博士首次提出在水电解及火花放电中产生的臭味,同在自然界闪电后产生的气味相同,先贝因博士认为其气味类似于希腊文的OZEIN(意为“难闻”),由此将其命名为OZEIN(臭氧)。
自然界中的臭氧,大多分布在距地面20Km--50Km的大气中,我们称之为臭氧层。臭氧层中的臭氧主要是紫外线制造出来的。大家知道,太阳光线中的紫外线分为长波和短波两种,当大气中(含有21%)的氧气分子受到短波紫外线照射时,氧分子会分解成原子状态。氧原子的不稳定性极强,极易与其他物质发生反应。如与氢(H2)反应生成水(H2O),与碳(C)反应生成二氧化碳(C02)。同样的,与氧分子(O2)反应时,就形成了臭氧(O3)。臭氧形成后,由于其比重大于氧气,会逐渐的向臭氧层的底层降落,在降落过程中随着温度的变化(上升),臭氧不稳定性愈趋明显,再受到长波紫外线的照射,再度还原为氧。臭氧层就是保持了这种氧气与臭氧相互转换的动态平衡。
在这么广大的区域内到底有多少臭氧呢?估计小于大气的十万分之一。如果把大气中所有的臭氧集中在一起,仅仅有三公分薄的一层。那么,地球表面是否有臭氧存在呢?回答是肯定的。太阳的紫外线大概有近1%部分可达地面。尤其是在大气污染较轻的森林、山间、海岸周围的紫外线较多,存在比较丰富的臭氧。
此外,雷电作用也产生臭氧,分布于地球的表面。正因为如此,雷雨过后,人们感到空气的清爽,人们也愿意到郊外的森林、山间、海岸去吮吸大自然清新的空气,享受自然美景的同时,让身心来一次爽爽快快的“洗浴”,这就是臭氧的功效,所以有人说,臭氧是一种干净清爽的气体。(臭氧有极强的氧化性,少量的臭氧会使人感到精神振奋;但过强的氧化性也使其具有杀伤作用,详见自由基)。
氟利昂到达大气上层后,在紫外线照射下分解出自由氯原子,氯原子与臭氧发生反应,使臭氧分解。由于氯原子在发生上述反应后能重新分解出来,所以高空中即使有少量氯原子,也会使臭氧层受到严重破坏。另外,核爆炸和喷气式飞机在高空中的飞行都会使那里的臭氧减少。据分析,平流层中的臭氧减少1%,到达地面的紫外线强度便增加2%。据估计,由于人类活动的影响,臭氧含量已减少了3%。到2025年,有可能会减少10%。臭氧层的破坏将使紫外线等短波辐射增强,会导致皮肤癌患者增加,同时对自然生态系统带来严重影响。维护臭氧层的平衡,已成为一个全球性的环境问题。这是一个很重要的问题。 [编辑本段]臭氧层的作用大气臭氧层主要有三个作用。其一为保护作用,臭氧层能够吸收太阳光中的波长3063μm以下的紫外线,主要是一部分UV—B(波长290~300μm)和全部的UV—C(波长<290μm=,保护地球上的人类和动植物免遭短波紫外线的伤害。只有长波紫外线UV-A和少量的中波紫外线UV-B能够辐射到地面,长波紫外线对生物细胞的伤害要比中波紫外线轻微得多。所以臭氧层犹如一件宇宙服保护地球上的生物得以生存繁衍。其二为加热作用,臭氧吸收太阳光中的紫外线并将其转换为热能加热大气,由于这种作用大气温度结构在高度50km左右有一个峰,地球上空15~50km存在着升温层。正是由于存在着臭氧才有平流层的存在。而地球以外的星球因不存在臭氧和氧气,所以也就不存在平流层。大气的温度结构对于大气的循环具有重要的影响,这一现象的起因也来自臭氧的高度分布。其三为 温室气体的作用,在对流层上部和平流层底部,即在气温很低的这一高度,臭氧的作用同样非常重要。如果这一高度的臭氧减少,则会产生使地面气温 下降的动力。因此,臭氧的高度分布及变化是极其重要的。
臭氧是无色气体,有特殊臭味,因此而得名“臭氧”。由太阳飞出的带电粒子进入大气层,使氧分子裂变成氧原子,而部分氧原子与氧分子重新结合成臭氧分子。距地面15~50千米高度的大气平流层,集中了地球上约90%的臭氧,这就是“臭氧层”。
地球上的一切生物离开太阳光就没有生命。太阳光是由可见光、紫外线、红外线三部分组成。进入大气层的太阳光(包括紫外线)有55%可穿过大气层照射到大地与海洋,其中40%为可见光,它是绿色植物光合作用的动力;5%是波长100~400纳米的紫外线,而紫外线又分为长波、中波、短波紫外线,长波紫外线能够杀菌。但是波长为200~315纳米的中短波紫外线对人体和生物有害。当它穿过平流层时,绝大部分被臭氧层吸收。因此,臭氧层就成为地球一道天然屏障,使地球上的生命免遭强烈的紫外线伤害。然而,近10多年来,地球上的臭氧层正在遭到破坏。 [编辑本段]臭氧层的测量臭氧的测量包括铅直气柱中臭氧总量的测量和臭氧浓度铅直分布的测量两种。测量方法分直接法和间接法:前者对臭氧进行采样分析;后者在臭氧层外进行测量,大都用光谱分析方法。臭氧测量结果,除采用通常的单位表示外,还用多布森单位,记为DU,它等于千分之一厘米(标准状态臭氧层厚)。
臭氧间接测量法:光谱分析法是观测穿过大气层的太阳直射光或散射光的光谱,然后计算出臭氧含量及其铅直分布。在臭氧吸收带中(见大气臭氧层),太阳直射光或散射光穿过大气层,受到臭氧分子的吸收,并受到气体分子和气溶胶粒子的散射。波长为λ的单色太阳光,通过大气层时辐射强度的削弱服从比尔定律。测量臭氧的常用光学仪器有多布森分光光度计和M-83滤光片臭氧仪。多布森分光光度计被认为是测量臭氧的标准仪器。其他类型的仪器都必须定期用它校准。M-83滤光片臭氧仪主要在苏联和欧洲的部分国家使用。用气象卫星也可以测得全球臭氧的分布。如雨云4号卫星上用后向散射紫外光谱仪(BUV)和红外干涉光谱仪(IRIS)进行大气臭氧的观测。前者测量大气对太阳光的后向紫外散射,它接收2500~3400 埃中12个波段的紫外光谱,由此反演出大气臭氧含量全球的分布;后者除了测量大气温度和湿度外,还测量大气臭氧(96微米波段,在此波段中接收 4个波长的辐射)。将这两种光谱仪结合起来,可以探测大气臭氧浓度随高度的分布,例如在雨云 6号卫星上,有临边辐射反演辐射仪(LRIR),它接收大气臭氧96微米辐射带的信息,用辐射传输方程反演,可获得臭氧的铅直分布。
臭氧直接测量法 用电化学或化学发光方法测量臭氧含量,可不受大气透明度和天气条件的限制,白天或黑夜均可进行观测。
臭氧测量方法各有优缺点,常常要用多种方法互相补充,互相比较,以求获得完整可靠的资料。 [编辑本段]臭氧层的破坏1、原因:地球上有一层保护膜,存在于包围在地球的大气中,就是臭氧层,臭氧层会将紫外线挡在地球外面,保护地球上的生物不会受到伤害。人类制造了大量会破坏臭氧层的物质,使地球南北极的臭氧层受到破坏。
2、影响:臭氧层被破坏造成地球紫外线增加,紫外线会破坏包括DNA在内的生物分子,还会增加罹患皮肤癌、白内障的机率,而且和许多免疫系统疾病有关。海洋中的浮游生物受致命的影响,海洋生态系统受破坏。农作物减产。加强温室效应。
3、我们不应该做的事:氟氯碳化物的使用,购买冷气、冰箱、汽车、喷雾剂等,应选购不含氟氯碳化物的产品。
4、补充资料:大气中的臭氧绝大部分都集中在离地面大约25~30公里的上平流层中,称为“臭氧层”。名虽为一层,但实际上臭氧分布各地并不均匀,而且大气中臭氧的总含量非常少,尚不到1ppm。这极薄的一层臭氧,对于地球上的生命非常重要,因为臭氧能吸收阳光中的紫外线,这些紫外线波长很短,而且有致命危险的辐射线,将这些紫外线转换成热能,只有极少量能到达地表。
由于臭氧在平流层中维持与氧气、氧原子等紫外线作用下的动态平衡,生物圈主要部分的耗氧量,及向上排放有可能参与或影响到此类反应(包括O3═O2+O′+2O3═3O2)的物质(如氯原子)都有可能威胁 到 “臭氧层”的臭氧含量,至此呼吁节能减排,植树造林,自觉维护生态环境,十分重要。
臭氧是氧气的一种同素异形体(由相同的元素组成,但分子结构不同。)顾名思义,臭氧又一种刺鼻的气味,所以得此恶名。在大气层的10公里到50公里高度的区域,臭氧有相当的浓度,叫做臭氧层。
臭氧层被大量损耗后,吸收紫外辐射的能力大大减弱,导致到达地球表面的紫外线B明显增加,给人类健康和生态环境带来多方面的的危害,目前已受到人们普遍关注的主要有对人体健康、陆生植物、水生生态系统、生物化学循环、材料、以及对流层大气组成和空气质量等方面的影响。
过多地使用氯氟烃类化学物质(用CFCs表示)是破坏臭氧层的主要原因。氯氟烃是一种人造化学物质,1930年由美国的杜邦公司投入生产。在第二次世界大战后,尤其是进入60年以后,开始大量使用,主要用作气溶胶、制冷剂、发泡剂、化工溶剂等。另外,哈龙类物质(用于灭火器)、氮氧化物也会造成臭氧层的损耗。
在平流层内离地面20~30千米的地方是臭氧的集中层带,在这个臭氧层中存在着氧原子(O)、氧分子(O2)和臭氧(O3)的动态平衡。但是氮氧化物、氯、溴等活性物质及其他活性基团会破坏这个平衡,使其向着臭氧分解的方向转移。而CFCs物质的非同寻常的稳定性使其在大气同温层中很容易聚集起来,其影响将持续一个世纪或更长的时间。在强烈的紫外辐射作用下它们光解出氯原子和溴原子,成为破坏臭氧的催化剂(一个氯原子可以破坏10万个臭氧分子)。
臭氧层是大气层的平流层中臭氧浓度高的层次。浓度最大的部分位于20—25公里的高度处。若把臭氧层的臭氧校订到标准情况,则其厚度平均仅为3毫米左右。臭氧含量随纬度、季节和天气等变化而不同。紫外辐射在高空被臭氧吸收,对大气有增温作用,同时保护了地球上的生物免受远紫外辐射的伤害,透过的少量紫外辐射,有杀菌作用,对生物大有裨益。
中文名
臭氧层
外文名
ozone layer
性 质
平流层中臭氧浓度相对较高的部分
影响及作用
有效地防止紫外线大量摄入地面
大气层(atmosphere)又叫大气圈,地球就被这一层很厚的大气层包围着大气层的成分主要有氮气,占78.1%;氧气占20.9%;氩气占0.93%;还有少量的二氧化碳、稀有气体(氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氡气)和水蒸气大气层的空气密度随高度而减小,越高空气越稀薄大气层的厚度大约在1000千米以上,但没有明显的界限整个大气层随高度不同表现出不同的特点,分为对流层、平流层、中间层、暖层和散逸层,再上面就是星际空间了
而所谓的臭氧层,是指大气层的平流层中臭氧浓度相对较高的部分,其主要作用是吸收短波紫外线目前我们常常会看到新闻报道南极上空的臭氧层空洞,这并不是说臭氧层破了个窟窿,而是指大气平流层中臭氧浓度大量减少的空域
臭氧层是指距离地球25-30公里处臭氧分子相对富集的大气平流层。它能吸收99%以上对人类有害的太阳紫外线,保护地球上的生命免遭短波紫外线的伤害。所以,臭氧层被誉为地球上生物生存繁衍的保护伞
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