古往今來(lái)太陽(yáng)一直都是人們熱情謳歌與無(wú)盡向往的對象。陽(yáng)光在賦予生命萬(wàn)物契機的同時(shí)也帶給人類(lèi)無(wú)限的憧憬與遐想。然而陽(yáng)光能帶給我們的并不只是明媚與溫暖,當到達地球的太陽(yáng)輻射太多時(shí),帶給我們的或許就會(huì )是災難。若干億年來(lái)正是由于大氣層中的一個(gè)天然屏障
- 臭氧層阻擋了過(guò)多的太陽(yáng)紫外線(xiàn)輻射,地球上的生命才得到繁衍生息。
大氣層是由對流層、平流層、中間層、熱成層、逸散層組成,臭氧層是分布在平流層中距地面15至25公里左右富含臭氧的部分。臭氧層能吸收絕大部分太陽(yáng)紫外線(xiàn),使地球生物免受紫外線(xiàn)的危害。在自然狀態(tài)下,大氣平流層中的臭氧分子能夠吸收紫外線(xiàn)的能量,分解成為氧原子,并很快與大氣中的氧氣發(fā)生進(jìn)一步的化學(xué)反應生成新的臭氧分子,使臭氧層中的臭氧分子達到動(dòng)態(tài)平衡。這個(gè)過(guò)程周而復始從而抵擋大量的有害的紫外線(xiàn)到達地球。
科學(xué)家們一般將來(lái)自太陽(yáng)的紫外線(xiàn)按照波長(cháng)的長(cháng)短分為三個(gè)區:波長(cháng)在315至400納米之間的紫外線(xiàn)稱(chēng)為UV-A區,該區的紫外線(xiàn)不能被臭氧有效吸收,但是也不會(huì )造成地表生物圈的損害,事實(shí)上這一波段少量的紫外線(xiàn)是地表生物所必需的;波長(cháng)為280至300納米的紫外線(xiàn)稱(chēng)之為UV-B區,這一波段的紫外輻射可能到達地表并對人類(lèi)和生態(tài)系統造成極大危害;波長(cháng)為200至280納米紫外線(xiàn)部分稱(chēng)為UV-C區,該區紫外線(xiàn)波長(cháng)短能量高,不過(guò)該區的紫外線(xiàn)能被大氣中的臭氧和氧氣完全吸收,即使是平流層的臭氧發(fā)生損耗,UV-C
區波段的紫外線(xiàn)也不會(huì )到達地球,所以不會(huì )對地球表面造成不良影響。
大氣平流層中保存了大氣中90%的臭氧,位于這一高度的臭氧能夠吸收大部分對地球生物健康有害的UV-B段紫外線(xiàn)。20世紀70年代以來(lái),科學(xué)家們發(fā)現全球臭氧總量有逐漸減少的趨勢,并推斷臭氧的減少主要在臭氧層。南極科學(xué)考察表明從1977年開(kāi)始,南極上空的臭氧總量迅速減少,形成一個(gè)“臭氧空洞”。隨后的科學(xué)觀(guān)測表明,臭氧空洞的面積正在不斷地擴大,臭氧濃度的下降還在加快。進(jìn)一步的觀(guān)測表明臭氧層的損耗不僅是在南極已經(jīng)發(fā)生了,在北極上空和其他中緯度地區也都出現了程度不同的臭氧層耗損現象。我們國家大部分屬于中緯度地區,臭氧的總量也已經(jīng)在減少。我國科學(xué)家觀(guān)測到我國青藏高原存在一個(gè)臭氧低值中心,這在北半球是非常異常的現象。臭氧層劇烈耗損的這種現狀已經(jīng)引起了各國政府和人民的普遍擔憂(yōu)。
雖然在接近地面的高度,臭氧是一種重要的空氣污染物,人們做出了許多努力想要求降低它的濃度,然而在平流層這種情況恰恰相反!臭氧層變薄會(huì )導致大量對人體及其他地表生物有害的UV-B段太陽(yáng)紫外線(xiàn)到達地球表面。實(shí)驗證明UV-B段紫外線(xiàn)會(huì )損傷眼角膜和晶狀體,引起白內障等疾病的發(fā)生。據分析,平流層的臭氧層每減少1%,全球白內障的發(fā)病率將增加0.6%至0.8%,全世界由于白內障引起失明的人數將增加1萬(wàn)到1萬(wàn)5千人。更為嚴重的是,UV-B段太陽(yáng)紫外線(xiàn)的增加能明顯誘發(fā)皮膚癌與皮膚疾病并且使人體免疫能力降低,這將使許多發(fā)展中國家人民的健康狀況更加惡化。研究表明,超過(guò)50%的植物會(huì )受到UV-B段紫外線(xiàn)的負面影響,與人的生活密切相關(guān)的豆類(lèi)瓜果類(lèi)作物會(huì )因過(guò)多UV
- B類(lèi)紫外線(xiàn)的輻射而大量減產(chǎn)。
過(guò)多的紫外線(xiàn)輻射還會(huì )使淺海中的浮游生物數量減少。浮游生物是海洋食物鏈的基礎,因而將直接導致魚(yú)類(lèi)及貝類(lèi)的產(chǎn)量減少,從而損害整個(gè)水生生態(tài)系統。同時(shí),臭氧層破壞使更多的UV-B段紫外線(xiàn)到達低層大氣,導致對流層大氣化學(xué)反應更為活躍,增加大量有害氣體的產(chǎn)生使得一些城市的空氣質(zhì)量下降,而過(guò)量的紫外線(xiàn)還會(huì )使許多的人工合成材料加速老化,致使整個(gè)社會(huì )的經(jīng)濟成本增加。
本世紀70年代,美國的兩位科學(xué)家首次注意到人類(lèi)制造的氟氯化碳類(lèi)物質(zhì)可能與臭氧層的破壞有關(guān),并進(jìn)一步發(fā)現釋放到大氣中的氟氯化碳類(lèi)物質(zhì)會(huì )在大氣中停留大約10年,最終上升到平流層。在平流層中經(jīng)紫外線(xiàn)照射,氯原子會(huì )從氟氯氫原子中分離出來(lái)并與臭氧發(fā)生反應,將其分解成氧氣和一氧化氯;一氧化氯隨即會(huì )與游離氧發(fā)生反應,生成氯原子開(kāi)始下一個(gè)循環(huán)。這種反應周而復始,從而使一個(gè)氯原子可以破壞成千成萬(wàn)的臭氧分子,打破臭氧層中原有的動(dòng)態(tài)平衡。隨著(zhù)時(shí)間的推移,排放到大氣層中的氟氯化碳類(lèi)物質(zhì)不斷增多,臭氧數量急劇減少,臭氧層會(huì )變得越來(lái)越薄,結果會(huì )使更多的紫外線(xiàn)進(jìn)入地球表面生物圈。
其實(shí)破壞臭氧層的物質(zhì)對我們而言并不陌生,在日常生活中它幾乎無(wú)處不在。冰箱、空調、電子產(chǎn)品、滅火器材、煙草、泡沫塑料、發(fā)膠、殺蟲(chóng)劑等產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程或使用過(guò)程中,人們大量使用的人造化學(xué)物質(zhì)很多都具有破壞臭氧層的能力。科學(xué)家把這些破壞大氣臭氧層、危害人類(lèi)生存環(huán)境的化學(xué)物質(zhì)稱(chēng)為“消耗臭氧層物質(zhì)”(Ozone
depleting substances),簡(jiǎn)稱(chēng)ODS。
目前大量使用的ODS主要包括下列幾類(lèi)物質(zhì):1)氟氯化碳(CFCs):主要用作制冷劑、清洗劑和發(fā)泡劑;2)哈龍(Halon):主要用作滅火劑;3)四氯化碳:主要用作化工生產(chǎn)的助劑和清洗劑;4)甲基氯仿:主要用作清洗劑;5)溴甲烷:主要在農業(yè)種植、糧食倉儲或商品檢疫中用作殺蟲(chóng)劑;6)氫氟氯烴(HCFC):主要用作制冷劑、清洗劑和發(fā)泡劑。
當科學(xué)家認識到臭氧層的破壞和人工合成的氟氯化碳類(lèi)物質(zhì)有關(guān)后,臭氧層破壞問(wèn)題引起全球的重視,雖然臭氧層的耗損主要是由于發(fā)達國家大量使用消耗臭氧層物質(zhì)造成的,但由此引起的災難性影響卻有可能波及全球。