臭氧层空洞的形成与危害

臭氧层空洞的形成与危害 第一篇 臭 氧 的 认 识 什么是臭氧 臭氧的分子符号为O ，比重约为空气的1.7倍，约为氧的1.5倍，在大气中仅有微量存在，稀薄状态近乎是无色无臭不可燃的气体。3 低浓度时具有特殊的草腥味(森林瀑布边的清爽新鲜空气味)，高浓度时呈淡蓝色，具有一种特殊的刺激性味道，臭氧O 为氧的同素异构3体(由同种元素组成的由于结构不同而物理、化学性质也不同的物质如氧气-臭氧都由氧元素O组成;石墨-金刚石都是由碳元素C组成)，也是一种非常活泼的分子，在常温18 ?-30? 时，即迅速分解为氧分子(O)和氧原子(O)，当还原成氧气时，氧原子游离出来，氧原子化2 学性质活泼，反映性极高，具有较强的氧化力和分解力，消毒、杀菌力特强，瞬间完成。 臭氧层的形成与变化 臭氧是氧气的同素异形体，是有特殊臭味的淡蓝色气体，具有极强的氧化性，能漂白和消毒杀菌。用臭氧净化城市饮用水，处理生活污水和工业污水，比用氯气、高锰酸钾等消毒剂既经济又不会引起二次污染。用1 kg臭氧处理1 000立方米水，能达到消毒、脱臭、脱色、脱味、氧化水中有机物的作用。 臭氧对人类的贡献不仅只是用作漂白剂和消毒杀毒剂，更重要的是臭氧层作为地球的屏障，保护了一切生命。 自然界中存在的臭氧有90,集中在距地面15 km,24 km的大气平流层中,这是氧气经太阳紫外线照射而形成的。臭氧能吸收日光中波长 -7-72.0×10 m,3.0×10 m的电磁波，因此能滤掉日光中99,以上的紫外线，对地球表面形成保护层。如果没有臭氧层，大量紫外线照射到地球上，地球生态平衡将受到破坏，微生物被杀死，核酸与蛋白质受到破坏，平流层温度也将改变。有了臭氧层，地球上的生物才得以生存。 但是，近半个世纪以来，大气中的许多有害气体，特别是作为电冰箱、空调机致冷剂的氯氟代烷大量排放，飘浮在高层大气中的氟氯代烷，在太阳紫外线高能辐射下，分解放出氯原子，氯原子能迅速跟臭氧分子作用消灭掉臭氧，然后它又立即恢复原状，重新消灭臭氧分子，因而使臭氧层中的臭氧日益减少。1984年发现南极上空出现了臭氧空洞，面积与美国国土面积差不多。接着又发现北极上空的臭氧层臭氧也减少了15,。科学研究证明，大气中臭氧减少1,，照射到地面的紫外线就增加2,，皮肤癌的发病率则增加5,左右。臭氧层的恶化还 会损害人的免疫系统，使患白内障和呼吸道疾病的人增多;阻止植物的叶茎生长;还可能导致全球平均气温上升;使海平面升高;使肥沃的土地变成沙漠，最终导致人类及生物的消亡。 为了使臭氧层不再遭受破坏，许多科学家提出禁止使用氯氟代烷作致冷剂及喷雾剂并停止生产此类物质。1987年9月，在加拿大蒙特利尔签署了减少氯氟代烷使用量的《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》。1989年3月5日，123个国家的代表在伦敦召开拯救臭氧层的国际大会。议定发达国家于1995年，发展中国家推迟到2010年停止使用氯氟代烷。1999年11月底，第十一次《蒙特利尔议定书》缔约方大会在我国北京召开，172个国家的代表，进一步研讨保护臭氧层问，我国政府已经淘汰了消耗臭氧层物质5万吨。1999年11月15日，国务院批准了新修订的《中国逐步淘汰消耗臭氧物质的国家》，消防、汽车空调、清洗等行业的消耗臭氧层物质将提前淘汰。 臭氧(O3)具有强氧化性 一、臭氧灭菌机制 臭氧的灭菌机制类属于生物化学氧化反应。臭氧氧化分解了细菌内部氧化葡萄糖所必须的葡萄糖氧化酶。也可以直接与细菌、病毒发生作用，破坏其细胞器和核糖核酸，分解DNA、RNA，蛋白质、脂质类和多糖等大分子聚合物，使细菌的物质代谢生长和繁殖过程遭到破坏。还可以渗透胞膜组织，侵入细胞膜内作用与外膜脂蛋白和内部的脂多糖，使细胞的溶解死亡。并且将死亡菌体内的遗传基因、寄生菌种、寄生病毒粒子、噬菌体、支原体及热原(细菌病毒代谢产物、内毒素)等溶解变性灭亡。纵观无菌技术对微生物作用的原理可分为抑菌、杀菌和溶菌三种。应用臭氧做灭菌剂是属于溶菌。 二、臭氧是一种世界公认的广谱、高效、环保灭菌剂 在灭菌消毒中名列榜首,极强的灭菌消毒、除臭和除异味功能。 臭氧消毒、杀菌效果好，又有除臭防腐的作用，使用后不会残留有害物质，是一种很好的消毒。 :空气中含有一定浓度的臭氧(2~15ppm)，对细菌、病毒等微生物内部结构有极强的氧化破坏性，可达到杀灭细菌繁殖体、芽孢、甲乙型肝炎病毒、真菌和原虫胞囊等各种细菌，还可以破坏肉毒杆菌的毒素及立克次氏体等。同时，臭氧还具有很强的除酶、腥、臭等有机异味的功能，对中药材及其他原辅材料的防霉、防虫蛀等有明显的作用。对空气净化设备、过滤系统介质、过滤材料具有防霉变、防堵塞的效果，从而延长使用寿命。还可以对设备、器皿、包装材料、卫生包布、工作服等进行消毒灭菌。应用臭氧作灭菌剂，还可以减少空气中悬浮的气溶胶粒子，提高空气的洁净度。 臭氧是一种高效灭菌剂。国际卫生组织对消毒灭菌剂的功效，曾进行过归纳比较，臭氧与其他杀菌剂对大肠杆菌的杀灭效果为:最好的 +-3-是臭氧(O)，次之是次氯酸(HCLO)，二氧化氯(CLO)，银离子(Ag )，次氯酸根(CLO)，高铁酸盐(Fe )，氯氨(NHCL)。臭328氧灭菌速度较氯快600~3000倍，能杀灭氯所不能杀灭的病毒和胞囊(如隐胞子虫)。臭氧对易变异、抗药性强的细菌、病毒、微生物及热原(内毒素)具有同样的灭杀和预防效果。 应用臭氧灭菌是利用臭氧取之于自然，作用后又自行还原于自然。快速自然分解为氧的特性，这也是臭氧作为消毒灭菌剂的独特特点。在生物氧化灭菌过程中多余的氧原子会自行重新结合成为普通氧分子(O),不存在任何有毒残留物，故称“环保消毒剂”，是环保事业的2 新生力量。 第二篇 臭 氧 层 空 洞 自然界中的臭氧有90%集中在距地面15km,50km的大气平流层中，也就是的臭氧层。但即使在那里， 10万个气体分子中也只有1个臭氧分子，总的累积厚度平均也仅0.3厘米左右。然而就是这一层薄薄的 臭氧层，能吸收来自太阳光中90%波长为220,330nm的紫外线辐射，使地球上的生物免遭其伤害。如果 没有臭氧层的保护，所有紫外线会落到地面上，那么日光晒焦的速度将比夏天的烈日下快50倍，几分钟 内，地球上的树木全被烧焦，所有生物都将被杀死，生机勃勃的世界就会变成荒漠及焦土。 1985年，英国南极考察队约瑟夫?法曼在南极的哈雷兹上空用仪器观察大气中臭氧层的变化，发现出现了一个面积接近美国大陆的“臭氧空洞”。这个空洞在不断移动不断扩大，到1999年，臭氧空洞的面积接近三个中国大陆，深似珠穆朗玛峰。 氟氯烃(商品名为氟利昂)、氮氧化物等消耗臭氧的物质是臭氧层破坏的元凶。氟氯烃是一类含有氟和氯的有机物。它在日光照射下分解产生的氯原子是破坏臭氧层的“罪魁祸首”。臭氧层被破坏，对人类和生物的影响是多方面的。首先，会降低人体的免疫功能，诱发皮肤癌、白内障等疾病。其次，过量的紫外线辐射会削弱光合作用，严重阻碍农作物和树木正常生长，使农作物减产，并会杀死海洋浮游生物。 保护臭氧层是一个迫在眉睫的全球性问题，已引起世界各国的关注。1985年和1987年在联合国环境规划署的推动下，分别制定和达成了《维也纳保护臭氧层公约》和《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》，世界各国纷纷采取各种措施，减少并逐步停止氟氯烃等的生产和使用。1994年确定每年的9月16日为国际保护臭氧层日。1999年12月2日国际保护臭氧层大会在北京召开。 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。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，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。 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;第二种解释认为，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比空气重，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. 臭氧在平流层中的反应 CFCs所以会对臭气层造成如此严重的伤害，主要关键就在其所含的「氯」(Cl)。科学家估计，由CFCs所释出的1个氯原子，只要数个月的时间，就能使大约10万个臭氧分子消失。 在正常状况下，平流层中的臭氧分子，是处于一种动态平衡的状态。高层大气中的氧分子(O2)吸收紫外线，分解成活泼的氧原子(O): O2+hv?O+O 氧原子再与邻近的氧分子反应生成臭氧: O+O2?O3 臭氧也会因受强烈紫外线照射而分解，生成氧原子和氧分，或是与活泼的氧原子作用形成氧分子: O3+hv?O2+O O3+O?O2+O2 臭氧就在这些反应中不断生成与分解，维持着微妙但脆弱的平衡。 氯则会破坏这种平衡。CFCs在平流层受强烈紫外线照射而分解产生氯，氯会与臭氧反应，生成氧化氯自由基(ClO): Cl+O3?ClO+O2 带有自由基的ClO非常活泼，若与同样活泼的氧原子反应，便生成氯和较安定的氧分子: ClO+O?Cl+O2 而这个被释出的氯，又可以再与臭氧反应，因此氯一方面能够不断消耗臭氧，另一方面却又能在反应中再生。 但过去有些研究认为CFCs对臭氧的破坏有限，那是因为氯和ClO也会和大气中的其它成分作用，而生成不会破坏臭氧的化合物。其中氯会与甲烷(CH4)作用生成氢氯酸(HCl)，ClO则会与二氧化氮(NO2)作用，生成硝酸氯 (ClONO2)。HCl和ClONO2被称为「氯贮存物质」(chlorine reservoirs)，因为它们本身不会与臭氧反应，但在某些状况下却可以释出能破坏臭氧的氯。 既然氯会形成不破坏臭氧的「氯贮在物质」，为什么还会有臭氧洞,而且CFCs主要是由北半球工业国家所排出，在北半球大气中的CFCs浓度也高于南半球，那么为什么至今最大的臭氧洞是出现在南极而不是在其它地方, 显然南极特殊的地理环境和气候状况，与臭氧洞的形成有密切关联。 PSCs中氯的重分配 三水硝酸PSCs在凝结形成的过程中，会吸收HCl至其晶界(grain boundary)中，再与ClONO2反应，以生成硝酸，但同时也放出氯气(Cl2):ClONO2(g)+HCL(s)?Cl2(g)+HNO3(s)氯气极不安定，一旦到了大约9月，极地春季阳光降临，氯气就能在短短数小时内，被紫外线分解成2个氯原子: Cl2+hv?Cl+Cl 氯原子遂开始进行如前所述的臭氧分解反应。但是因为PSCs除了会放出氯气外，同样会消耗掉能反应生成氯贮存物质的氮化物，因此氯原子和臭氧反应生成的ClO，在缺乏反应物的情形下，会自行结合形成二聚物ClOOCl。 这个二聚物很快会被紫外线分解，释放出氯原子，再度开始分解臭氧的反应: Cl+O?ClO+O2 ClO+ClO?ClOOCl ClOOCl+hv?Cl+ClOO ClOO?Cl+O2 Cl+O3?ClO+O2 若综合上列5项反应，所得的净反应将是: O3+O3?3O2 由此可见，氯在分解臭氧的反应中，基本上是扮演催化者的角色，以促使较不安定的臭氧反应成安定的氧，而氯在反应中则是以各种不同的面貌循环出现，因此少量的氯在重新分配(repartitioning)的过程中，就能造成大量的臭氧分解。 臭氧减少 紫外线大增对人类的危害 平流层臭氧会吸收紫外线，倘若臭氧减少，紫外线的照射强度自然会增强。 在电磁波谱中，波长在200~300mm之间的属于近紫外线，波长在10~200mm之间的属于远紫外线。近紫外线可分为A、B、C三种，其中以波长在280~315mm的紫外线B对生物危害最大。 紫外线增加对人类健康所造成的危害，以皮肤癌最为人熟知，而且为害最广。皮肤癌的罹患率与人种和纬度有关，例如同为10万人口的地区，美国德州就有100人以上罹患皮肤癌，瑞典为5~20人，而日本只有5人以下。换言之，一般以白种人的罹患率最高，居住地区则愈近赤道罹患率愈高。根据联合国相关组织的统计资料显示:大气总臭氧量若减少10%，皮肤癌的罹患率将增加26%，且每年全世界将新增加30万名以上的皮肤癌患者。 而在皮肤癌中，又以恶性「黑色瘤」(melanoma)最具危险性。这种皮肤癌系因皮肤基底层的色素细胞变质引起。发生初期，只是在手脚等部位出现黑痣状疙瘩，不久黑痣就急速扩展，或在周围另生新黑痣，最后并发生出血。由于这种癌细胞极易蔓延至淋巴结、肝脏乃至全身，故几乎无法使用放射线等方法加以治疗。与一般皮肤癌相比，恶性黑色瘤的罹患率虽然较低，但死亡率却极高。 根据科学家统计，目前全球因罹患黑色瘤而死亡的人数，每天大约增加3~8%，如果平流层臭气量继续灭少，相信这个数值在未来还将大幅提高，其后续发展，值得注意。 黄种人和黑种人由于皮肤外层较能吸收或扩散大量紫外线，使到达皮肤内层细胞的紫外线量减少，因此比缺乏黑色素的白人较不易罹患皮肤癌。但是紫外线对人类眼晴的伤害与人种无关。 眼晴在强烈紫外线照射下，会使透明的角膜混浊，引起角膜炎，或是造成结膜充血的结膜炎，最严重的则是白内障。白内障的病因是水晶体发生混浊，使视力逐渐衰退，虽然不会产生疼痛，但严重时仍有失明之虞。经科学家们的动物实验证明，不仅强烈紫外线照射会引起白内障，即便是普通强度的紫外线，若是一再反复照射，亦会渐渐发生白内障。据估计，大气总臭氧量若减少10%，全世界将产生160~175万名新白内障患者。 除此之外，紫外线还会破坏免疫系统，减弱人体对病毒和病原菌的抵抗力，使更容易罹患如疹等传染性疾病。 既然紫外线会影响人体健康，自然也会影响其它生物。紫外线之所以会损害皮肤、眼晴及免疫系统，是因为紫外线能破坏人体内的蛋白质和核酸，由于核酸和蛋白质是所有生物细胞组成不可或缺的要素，因此紫外线的增加，对整个地球生态系都会有严重影响。 紫外线破坏地球生态 由加州大学圣塔芭芭拉分校的海洋生物学家裴泽林(Barbara Prezelin)，以及地理学家史密斯(Raymond Smith)所率领的一组研究人员，曾以六个星期的时间，在南极半岛外的百令豪生海(Bellingshausen Sea)进行追踪调查，以评估臭氧洞对该海域生态的影响。 他们发现，由于臭氧洞有季节性消长的现象，因此穿透大气照射到海面的紫外线B，也会随之而有强弱变化。影响所及，在臭氧洞涵盖范围之内海域生活的浮游植物(phytoplankton)，光合作用速率将降低约6~12%。由于浮游植物生长趋缓，将造成食物链中断的危机。此外，光合速率降低亦表示二氧化碳吸收量会减少，使地球温室效应恶化。 美国马里兰大学曾经针对200种农作物进行研究，在温室内观察紫外线照射的影响，结果发现约有三分之二的种类，会有生长迟缓的反应。同时，该校的科学家也曾在大豆田中安装紫外线灯，以连续6年的时间追踪观察，结果发现紫外线B会使大豆的成长迟滞，因而减少收获量。其它研究机构的实验也证实，西红柿、玉米、莴苣、豌豆、棉花等作物，在紫外线的照射下，都会产生类似生长迟缓的现象。 由于紫外线会改变植物体内的化学变化，因此不仅农作物的生长受到影响，与植物关系密切的昆虫和草食动物都将遭到波及。甚至森林中枯枝枯叶形成的腐殖质，成分都会有所改变。臭氧洞如此牵一发而动全身的影响，势将危及整个地球生态环境的平衡。 积极研发CFCs替代品 随着CFCs削减时程的提前，使得CFCs替代品的研发工作愈益蓬勃。目前，许多国际知名的化学公司，如杜邦(Du Pont)、卜内门(ICI)等，都积极投入替代品之开发;如NEC, SONY等各大公司也都相继宣布将停用CFCs。如果未来能研发出价格低廉，转换简易的替代品，相信厂商都能不侍法律规定，就乐于争相淘汰CFCs。 在评估替代品的适用性时，主要的考虑因素之一便是「臭氧层破坏能力指数」(Ozone Depletion Potential, ODP)。ODP值越高，臭氧破坏力就越大。如CFC-12的ODP均为1，CFC-113的ODP为0.8;而替代品HFC-22(CHCIF2)的ODP值为0.055，虽然已经很低，但是由于对 臭氧仍具破坏力，因此仅属于「过渡物质」(transitional substances)，未来仍将遭到禁用。又如汽车冷媒HFC-134a(CH2FCF3)的ODP为0，便不预期未来会有禁用之限制。 而与开发替代物质和替代技术同等重要，甚至更为重要的，就是不可再像过去一样，任随这些人工物质弃置于环境中，也就是建立使用后皆应完全回收的观念。因为即是替代品，也无法保证未来就完全不会危害环境。现在被列为管制品的CFCs，过去就曾经被认为是对环境无害的安全物质，而如困在使用初期就能妥善规划，避免任意排放并加以回收再利用，或许今的臭氧层便不至于稀薄如斯。 臭氧层破坏的影响 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。 1(对人体健康的影响 阳光紫外线紫外线B的增加对人类健康有严重的危害作用。潜在的危险包括引发和加剧眼部疾病、皮肤癌和传染性疾病。对有些危险如皮肤癌已有定量的评价，但其他影响如传染病等目前仍存在很大的不确定性。 实验证明紫外线会损伤角膜和眼晶体，如引起白内障、眼球晶体变形等。据，平流层臭氧减少1%，全球白内障的发病率将增加0.6-0.8%，全世界由于白内障而引起失明的人数将增加10,000 到15,000 人;如果不对紫外线的增加采取措施，从现在到2075年，紫外线B辐射的增加将导致大约1800万例白内障病例的发生。 紫外线B段的增加能明显地诱发人类常患的三种皮肤疾病。这三种皮肤疾病中，巴塞尔皮肤瘤和鳞状皮肤瘤是非恶性的。利用动物实验和人类流行病学的数据资料得到的最新的研究结果显示，若臭氧浓度下降10%，非恶性皮肤瘤的发病率将会增加26%。另外的一种恶性黑瘤是非常危险的皮肤病，科学研究也揭示了紫外线B段紫外线与恶性黑瘤发病率的内在联系，这种危害对浅肤色的人群特别是儿童期尤其严重; 人体免疫系统中的一部分存在于皮肤内，使得免疫系统可直接接触紫外线照射。动物实验发现紫外线照射会减少人体对皮肤癌、传染病及其他抗原体的免疫反应，进而导致对重复的外界刺激丧失免疫反应。人体研究结果也表明暴露于紫外线B中会抑制免疫反应，人体中这些 对传染性疾病的免疫反应的重要性目前还不十分清楚。但在世界上一些传染病对人体健康影响较大的地区以及免疫功能不完善的人群中，增加的紫外线B辐射对免疫反应的抑制影响相当大。 已有研究表明，长期暴露于强紫外线的辐射下，会导致细胞内的DNA 改变，人体免疫系统的机能减退，人体抵抗疾病的能力下降。这将使许多发展中国家本来就不好的健康状况更加恶化，大量疾病的发病率和严重程度都会增加，尤其是包括麻疹、水痘、疱疹等病毒性疾病，疟疾等通过皮肤传染的寄生虫病，肺结核和麻疯病等细菌感染以及真菌感染疾病等; 2(对陆生植物的影响 臭氧层损耗对植物的危害的机制目前尚不如其对人体健康的影响清楚，但研究表明，在已经研究过的植物品种中，超过50%的植物有来自紫外线B的负影响，比如豆类、瓜类等作物，另外某些作物如土豆、番茄、甜菜等的质量将会下降; 植物的生理和进化过程都受到紫外线B辐射的影响，甚至与当前阳光中紫外线B辐射的量有关。植物也具有一些缓解和修补这些影响的机制，在一定程度上可适应紫外线B辐射的变化。不管怎样，植物的生长直接受紫外线B辐射的影响，不同种类的植物，甚至同一种类不同栽培品种的植物对紫外线B的反应都是不一样的。在农业生产中，就需要种植耐受紫外线B辐射的品种，并同时培养新品种。对森林和草地，可能会改变物种的组成，进而影响不同生态系统的生物多样性分布。 紫外线B带来的间接影响，例如植物形态的改变，植物各部位生物质的分配，各发育阶段的时间及二级新陈代谢等可能跟紫外线B造成的破坏作用同样大，甚至更为严重。这些对植物的竞争平衡、食草动物、植物致病菌和生物地球化学循环等都有潜在影响。这方面的研究工作尚处起步阶段。 3(对水生生态系统的影响 世界上30%以上的动物蛋白质来自海洋，满足人类的各种需求。在许多国家，尤其是发展中国家，这一百分比往往还要高。因此很有必要知道紫外辐射增加后对水生生态系统生产力的影响。 此外，海洋在与全球变暖有关的问题中也具有十分重要的作用。海洋浮游植物的吸收是大气中二氧化碳的一个重要去除途径，它们对未来大气中二氧化碳浓度的变化趋势起着决定性的作用。海洋对CO2气体的吸收能力降低，将导致温室效应的加剧。 海洋浮游植物并非均匀分布在世界各大洋中，通常高纬度地区的密度较大，热带和亚热带地区的密度要低10到100倍。除可获取的营养物，温度，盐度和光外，在热带和亚热带地区普遍存在的阳光紫外线B的含量过高的现象也在浮游植物的分布中起着重要作用。 浮游植物的生长局限在光照区，即水体表层有足够光照的区域，生物在光照区的分布地点受到风力和波浪等作用的影响。另外，许多浮游植物也能够自由运动以提高生产力以保证其生存。暴露于阳光紫外线B下会影响浮游植物的定向分布和移动，因而减少这些生物的存活率。 科学家研究人员已经测定了南极地区紫外线B辐射及其穿透水体的量的增加，有足够证据证实天然浮游植物群落与臭氧的变化直接相关。对臭氧洞范围内和臭氧洞以外地区的浮游植物生产力进行比较的结果表明，浮游植物生产力下降与臭氧减少造成的紫外线B辐射增加直接有关。一项研究表明在冰川边缘地区的生产力下降了6-12%。由于浮游生物是海洋食物链的基础，浮游生物种类和数量的减少还会影响鱼类和贝类生物的产量。据另一项科学研究的结果，如果平流层臭氧减少25%，浮游生物的初级生产力将下降10%，这将导致水面附近的生物减少35%。 研究发现阳光中的紫外线B辐射对鱼、虾、蟹、两栖动物和其它动物的早期发育阶段都有危害作用。最严重的影响是繁殖力下降和幼体发育不全。即使在现有的水平下，阳光紫外线B已是限制因子。紫外线B的照射量很少量的增加就会导致消费者生物的显著减少。 尽管已有确凿的证据证明紫外线B辐射的增加对水生生态系统是有害的，但目前还只能对其潜在危害进行粗略的估计。 4(对生物化学循环的影响 阳光紫外线的增加会影响陆地和水体的生物地球化学循环，从而改变地球--大气这一巨系统中一些重要物质在地球各圈层中的循环，如温室气体和对化学反应具有重要作用的其他微量气体的排放和去除过程，包括二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)、氧硫化碳(COS)及O3等。这些潜在的变化将对生物圈和大气圈之间的相互作用产生影响。 对陆生生态系统，增加的紫外线会改变植物的生成和分解，进而改变大气中重要气体的吸收和释放。当紫外线B光降解地表的落叶层时，这些生物质的降解过程被加速;而当主要作用是对生物组织的化学反应而导致埋在下面的落叶层光降解过程减慢时，降解过程被阻滞。植物的初级生产力随着紫外线B辐射的增加而减少，但对不同物种和某些作物的不同栽培品种来说影响程度是不一样的。 在水生生态系统中阳光紫外线也有显著的作用。这些作用直接造成紫外线B对水生生态系统中碳循环、氮循环和硫循环的影响。紫外线 B对水生生态系统中碳循环的影响主要体现于紫外线B对初级生产力的抑制。在几个地区的研究结果表明，现有紫外线B辐射的减少可使初级生产力增加，由南极臭氧洞的发生导致全球紫外线B辐射增加后，水生生态系统的初级生产力受到损害。除对初级生产力的影响外，阳光紫外辐射还会抑制海洋表层浮游细菌的生长，从而对海洋生物地球化学循环产生重要的潜在影响。阳光紫外线促进水中的溶解有机质(DOM)的降解，使得所吸收的紫外辐射被消耗，同时形成溶解无机碳(DIC)、CO以及可进一步矿化或被水中微生物利用的简单有机质等。紫外线B增加对水中的氮循环也有影响，它们不仅抑制硝化细菌的作用，而且可直接光降解象硝酸盐这样的简单无机物种。紫外线B对海洋中硫循环的影响可能会改变COS和二甲基硫(DMS)的海-气释放，这两种气体可分别在平流层和对流层中被降解为硫酸盐气溶胶。 5(对材料的影响 因平流层臭氧损耗导致阳光紫外辐射的增加会加速建筑、喷涂、包装及电线电缆等所用材料，尤其是高分子材料的降解和老化变质。特别是在高温和阳光充足的热带地区，这种破坏作用更为严重。由于这一破坏作用造成的损失估计全球每年达到数十亿美元。 无论是人工聚合物，还是天然聚合物以及其它材料都会受到不良影响。当这些材料尤其是塑料用于一些不得不承受日光照射的场所时，只能靠加入光稳定剂或进行表面处理以保护其不受日光破坏。阳光中紫外线B辐射的增加会加速这些材料的光降解，从而限制了它们的使用寿命。研究结果已证实短波紫外线B辐射对材料的变色和机械完整性的损失有直接的影响。 在聚合物的组成中增加现有光稳定剂的用量可能缓解上述影响，但需要满足下面三个条件:?在阳光的照射光谱发生了变化即紫外线B辐射增加后，该光稳定剂仍然有效;?该光稳定剂自身不会随着紫外线B辐射的增加被分解掉;?经济可行。目前，利用光稳定性更好的塑料或其他材料替代现有材料是一个正在研究中的问题。然而，这些方法无疑将增加产品的成本。而对于许多正处在用塑料替代传统材料阶段的发展中国家来说，解决这一问题更为重要和迫切。 6( 对对流层大气组成及空气质量的影响 平流层臭氧的变化对对流层的影响是一个十分复杂的科学问题。一般认为平流层臭氧的减少的一个直接结果是使到达低层大气的紫外线B辐射增加。由于紫外线B的高能量，这一变化将导致对流层的大气化学更加活跃。 首先，在污染地区如工业和人口稠密的城市，即氮氧化物浓度较高的地区，紫外线B的增加会促进对流层臭氧和其它相关的氧化剂如过 氧化氢(H2O2)等的生成，使得一些的城市地区臭氧超标率大大增加。而与这些氧化剂的直接接触会对人体健康、陆生植物和室外材料等产生各种不良影响。在那些较偏远的地区，即NOx的浓度较低的地区，臭氧的增加较少甚至还可能出现臭氧减少的情况。但不论是污染较严重的地区还是清洁地区，H2O2和OH自由基等氧化剂的浓度都会增加。其中H2O2浓度的变化可能会对酸沉降的地理分布带来影响，结果是污染向郊区蔓延，清洁地区的面积越来越少。 其次，对流层中一些控制着大气化学反应活性的重要微量气体的光解速率将提高，其直接的结果是导致大气中重要自由基浓度如OH基的增加。OH自由基浓度的增加意味着整个大气氧化能力的增强。由于OH自由基浓度的增加会使甲烷和CFC替代物如HCFCs和HFCs的浓度成比例的下降，从而对这些温室气体的气候效应产生影响。 而且，对流层反应活性的增加还会导致颗粒物生成的变化，例如云的凝结核，由来自人为源和天然源的硫(如氧硫化碳和二甲基硫)的氧化和凝聚形成。尽管目前对这些过程了解的还不十分清楚，但平流层臭氧的减少与对流层大气化学及气候变化之间复杂的相互关系正逐步被揭示。 今年全球臭氧空洞面积创纪录 大洋网讯:根据卫星和地面观测网的资料，2001年臭氧空洞的面积已经达到2500万平方公里，预计可能达到或超过2000年创纪录的2800万平方公里。 阻挡紫外线辐射的臭氧层在约20年前出现空洞(臭氧稀薄，在220DOBSON单位以下)。臭氧空洞每年9、10月间开始出现，持续到12月，空洞覆盖在南极上空，有时逼近南大西洋。2001年的空洞形状更接近正圆，但是位置靠南，边缘接近火地岛，对南极以外的人类没有什么威胁。2000年臭氧空洞面积相当于3个美国领土，但是持续时间较短，11月中旬即消失。2001年则将延续到12月。 科学家已经证明，电冰箱和空调使用的氯氟制冷剂是破坏臭氧层的罪魁祸首。世界各国已达成协议，自1998年起停止生产使用破坏臭氧层的制冷剂。但是，专家们指出，这项措施的效果至少要在2010年才能显现。 保护臭氧层为全球共识 由于国际社会体认到CFCs等臭氧层破坏物质(ODSs, ozone-depleting substances)，已对臭氧层造成严重破坏，以及臭氧层对地球生态环 境的重要性，「联合国环境规划署」(UNEP, the United Nations Environment Programme)遂于1985年召集世界各国共商对策，签订保护臭氧层的「维也纳协议」(the Vienna Convention)，但「维也纳协议」并不具强制性。 在这个基础上，1987年9月，共有27个国家签署极具象征与实质意义的「蒙特娄议定书」(the Montreal Protocol)。「蒙特娄议定书」强制规定缔约国，至公元1990年时，CFCs的使用量必须降至1986年使用量的50%。 之后，「蒙特娄议定书」的管制措施便不断修订，管制范围扩大，削灭时程缩短，同时缔约国的数目也不断增加。1992年11月23~25日，于丹麦哥本哈根举行的蒙特娄议定书第4次缔约国会议，就有超过100个国家参加，并将全面禁用CFCs的时间提前至1996年1月1日。 我国虽然不是蒙特娄议定书的缔约国，但早在1983年5月，卫生署便已公告禁止化妆品喷雾剂使用CFCs;并在1992年4月，由经济部成立「臭氧层及地球温暖化问题因应对策项目小组」，以积极配合蒙特娄议定书的管制措施，避免我国成为贸易制裁的对象。 日本东京大学自1979年起，便进行测量南北两半球大气中CFCs等微量成分浓度的实验。根据其资料显示，北半球大气中CFC-11、CFC-12的浓度，过去每年年平均增加约4%，最近情形稍有减缓，或许全球实施的管制措施已开始收效。蒙特娄议定对CFCs的管制，是国际合作保护地球环境的成功首例，为日后势将愈趋频繁的跨国界环保问题，提供了良好的解决范例。 虽然国际间已有在1996年前完全停止生产、使用臭氧层破坏物质的共识，但是这些长寿的物质，大部份仍停留在下层大气中，而亦将缓缓上升至平流层被紫外线分解，所以臭氧层要恢复原状，估计仍将需100年以上的时间。 盐城师范学院物理系02(4)班姚贵昌 04/09/30