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1大气污染对全球大气环境的影响—臭氧层破坏引言臭氧层的定义：臭氧层的形成：臭氧层的作用：臭氧层破坏的原因：臭氧层破坏的危害：臭氧层破坏的现状：臭氧层破坏的解决对策：目录引言•从1840年Soh”nbein发现臭氧气体至今已172年，在这漫长的岁月中，随着科学及测量技术的不断进步，人类对臭氧层的认识日益深入，其中有著名的Chapman臭氧层光化学理论（1930年）及罗兰-莫里那理论（1974年）。1985年，法曼发现南极臭氧层有严重损失，1995年初，美国太空总署发布了卫星遥感测量结果，证实了罗兰-莫里那理论，使人们认识到臭氧层对于生命、全球气候以及人类的未来至关重要。•在地球的大气层中，臭氧（O3）的含量极少，仅占空气的几百万分之一，主要集中在离地面10～50km的平流层，臭氧和氧气是氧元素的同素异构体，呈淡蓝色，因有一种鱼腥臭味，故名臭氧。1930年首次提出了高空臭氧形成和破坏的理论，认为，臭氧的形成及破坏均与太阳中紫外辐射有关。•氧及臭氧层的出现是生物进化发展的一个非常重要的转折点。据考，约25亿年前，地球不存在气体氧或很少，因而太阳中的紫外辐射可直接到达地球表面，太阳辐射的总能量中，紫外区段占到近1.5%。高能量的紫外辐射对化学进化乃至生命诞生的化学反应起到很重要的作用，尤其是240～290纳米的紫外区段对今天的生命本质物质——核酸和蛋白质有严重的破坏作用，假如没有臭氧层挡住紫外辐射，地球陆地上将荒芜一片，现在任何形式的生命在陆地上断难存在，这或许是生命诞生于原始海洋中的原因之一，有些科学家就曾提出，在原始海洋中的一定深度——足以过滤大多数紫外辐射，留下充分的紫外辐射来促成生命前驱的化学反应。•臭氧层除了屏蔽大量太阳中的紫外辐射外，还参与了大气环流。臭氧的减少，不仅直接给地球上的生命带来惨重的损失，而且使地球大气低层变暖、高层变冷，加重温室效应，从而导致地球气候和大气形式的更大变化。•近年来，大气臭氧研究在国际组织的协调下显得十分活跃。相信在21世纪人类定会为保护臭氧层做出卓有成效的努力。•相当于催化臭氧分解成为氧气，又让人类提高了生活水平。•人类不断向地球排放二氧化碳等废气，把大气弄脏了，使地球像在大热天里穿了一件脏棉袄，体温不断地升高。过往我们在冬天穿大棉袄，戴棉手袜，现在只穿一件毛衣也不觉得冷，这就是臭氧层被破坏的表现。由于各种废气的排放，使臭氧层产生了“空洞。臭氧层的作用很大：臭氧层能够吸收太阳光中的波长300μm以下的紫外线，保护地球上的人类和动植物免遭短波紫外线的伤害。所以臭氧层犹如一件宇宙服保护地球上的生物。5臭氧层的定义•定义1：–地球上空10～50km臭氧比较集中的大气层,其最高浓度在20～25km处。•定义2：–在平流层中距地表10～50km高度的臭氧圈层。6臭氧层的形成自然界中的臭氧，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。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。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306.3nm以下的紫外线，主要是一部分UV—B(波长290～300nm)和全部的UV—C(波长290nm=，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保护伞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。臭氧层破坏的原因•对于大气臭氧层破坏的原因，科学家中间有多种见解。但是大多数人认为，人工合成的一些含氯和含溴的物质是造成臭氧洞的元凶，最典型的是氟氯碳化合物（CFCs，俗称氟里昂）。•人类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。•此外，哈龙（Halons）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）。•就重量而言，人为释放的CFCs和Halons的分子都比空气分子重，但这些化合物在对流层是化学惰性的，即使最活泼的大气组分—自由基对CFCs和Halons的氧化作用也微乎其微，完全可以忽略。因此它们在对流层十分稳定，不能通过一般的大气化学反应去除。经过一两年的时间，这些化合物会在全球范围内的对流层分布均匀，然后主要在热带地区上空被大气环流带入到平流层，风又将它们从低纬度地区向高纬度地区输送，在平流层内混合均匀。•在平流层内，强烈的紫外线照射使CFCs和Halons分子发生解离，释放出高活性的原子态的氯和溴，氯和溴原子也是自由基。氯原子自由基和溴原子自由基就是破坏臭氧层的主要物质，它们对臭氧的破坏是以催化的方式进行的：Cl+O3→ClO+O2ClO+O→Cl+O2••溴原子自由基也是以同样的过程破坏臭氧，因此，也是催化剂。据估算，一个氯原子自由基可以破坏104—105个臭氧分子，而由Halon释放的溴原子自由基对臭氧的破坏能力是氯原子的30—60倍。而且，氯原子自由基和溴原子自由基之间还存在协同作用，即二者同时存在时，破坏臭氧的能力要大于二者简单的加和。•臭氧层破坏的危害1.对人类健康的危害；2.对陆生植物的危害；3.对水生生态系统的危害；4.对城市环境和建筑材料的危害；5.对大气及空气质量的危害；1.对人体健康的危害：大量的紫外线直接辐射地面，导致人类皮肤癌、白内障发病率增高，并抑制人体免疫系统功能。17•阳光紫外线UV-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。据分析，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，UV-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UV-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UV-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UV-B辐射对免疫反应的抑制影响相当大。）222.对陆生植物的危害：影响农作物在光合作用中捕获光能的能力，造成植物获取的营养成份减少，生长速度减慢，森林草地衰退，危及生态平衡和生物多样性。•研究表明，研究过的植物中，紫外线对其中的50%有不良影响，尤其是像豆类、瓜类、卷心菜一类的植物更是如此。西红柿、土豆、甜菜、大豆等农作物，由于紫外线UV-B辐射的增加，还会改变细胞内的遗传基因和再生能力，使它们的质量下降。一项研究表明，如果臭氧减少25%，则大豆的产量会下降20%～25%，大豆的蛋白质含量和含油量也会降低。•紫外线辐射的增加对林业也有影响。通过对10个种类的针叶树幼苗进行研究，结果表明其中3个品种受紫外线UV-B辐射的影响而产生不良后果，其所受影响的程度也与预测方案相吻合。•植物的生理和进化过程都受到UV-B辐射的影响，并与UV-B辐射的量有关。植物也具有一些缓和和修补这些影响的机制，在一定程度上可以适应UV-B辐射的变化。不管怎样，植物的生长直接受UV-B辐射的影响，不同种类的植物，甚至同一种不同栽培品种的植物对UV-B的反应都是不一样的。在农业生产中，就需要种植耐受UV-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。•UV-B辐射带来的间接影响，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UV-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.对水生生态系统的危害：使浮游生物受到危害，导致海洋食物链中基础食物数量减少，使生活在浅水里的鱼类和贝类很难生存。•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UV-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。•阳光中的UV-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。4.对城市环境和建筑材料的危害：城市环境恶化，使接近地面的有害臭氧浓度增加，尤其在人口密集的城市中心，可引起光化学烟雾污染；使人工高分子或天然高分子材料加速老化，如建筑物、喷涂、包装等物质老化，使其变硬、变脆、缩短使用寿命。•过量的紫外线除了直接危害人类和生物机体外，还会使城市环境恶化，进而损害人体健康，影响植物生长和造成经济损失。城市工业在燃烧矿物燃料时排放的氧化氮，与某些工业和汽车所排放的挥发性有机物，同时在紫外线照射下会更快地发生光氧化反应，生成臭氧、过氧化烯烷基硝酸酯等产物，从而造成城市内近地面大气的臭氧浓度增高，引起光化学烟雾污染。••因平流层臭氧损耗导致阳光紫外辐射的增加