臭氧的产生与空气中什么成分有关?

臭氧在1849年首次被人类发现,臭氧层问题是美国化学家罗兰和穆连于1974年首先提出来的.他们认为,在对流层大气中极稳定的化学物质氯氟烃（CFC）被输送到平流层后,在那里分解产生的原子氯（CI）就将有可能破坏臭氧层.20世纪70年代末开始,科学家们开始每年春天在南极考察臭氧层.1994年,人们首次观察到了至今为止最大的臭氧空洞,它的面积相当于一个欧洲,有24O0万千万千米.
臭氧（03）是氧气（O2）的一种异构体,在大气中的含量仅占一亿分之一,其浓度因海拔高度而异.臭氧层可以说是地球的保护层,它主要围绕在地球外部离地面20—25公里高度的地方,起到吸收太阳紫外线中对生物有害部分UV－B（UV－B是紫外线的一段波长,为280—315nm）的作用.同时,由于紫外线是平流层的热能来源,臭氧分子是平流层大气的重要组成部分,所以臭氧层在平流层的垂直分布对平流层的温度结构和大气运动起着决定性的作用,发挥着调节气候的重要功能.南极上空的臭氧层是在20亿年的漫长岁月中形成的,可是仅在一个世纪里就被破坏了60％.
氟利昂作为氯氟烃物质中的一类,是一种化学性质非常稳定,且极难被分解、不可燃、无毒的物质,被广泛应用于现代生活的各个领域.清洁溶剂、制冷剂、保温材料、喷雾剂、发泡剂等中都使用了氟利昂.氟利昂在使用中被排放到大气后,其稳定性决定它将长时间滞留于此达数十年至100年.由于氟利昂不能在对流层中自然消除,只能缓慢地从对流层流向平流层,在那里被强烈的紫外线照射后分解.分解后产生的原子氯将会破坏臭氧层.研宪表明,臭氧层被破坏后,紫外线会通过大气层长驱直入.强烈的紫外线照射会抑制人的免疫力,会使白内障和皮肤癌患者增加.如果臭氧层的总量减少1％的话, UV-B就将增加2％,其结果是使皮肤癌发病率提高2－4％.此外,紫外线的增强还会影响农作物的生长,并通过对海洋中的藻类产生的影响破坏整个水生生态系统.据统计,目前全世界氟利昂的年使用量超过1O0万吨,迄今为止向大气中排放的氟利昂总量达2000万吨,大部分仍停留在对流层中,只有10％左右到达了平流层.
什么是臭氧层空洞?它为何出现在南极上空?要了解这些问题,我们必须先从臭氧层入手.
臭氧层是地球大气层中臭氧含量比较大的层次,臭氧的分子式是O3,它是由一个氧原子和一个氧分子结合而成.在低层大气中,由于紫外线辐射很弱,缺乏氧原子,生成臭氧的机会很少.随着高度增加,太阳紫外线辐射增强,氧分子在紫外线辐射作用下发生分解,氧原子增加,生成臭氧的机会就多.大致在距地面10千米以上臭氧的含量逐渐增加,在20－30千米的高空,氧原子和氧分子的含量都比较多,这一高度臭氧的含量最大,形成明显的臭氧层.在此高度以上,紫外线辐射更加强烈,大部分氧分子被分解为氧原子,出现氧原子过多而氧分子过少的状况,结合成臭氧的机会就少,所以臭氧的含量也逐渐减少,大致在50千米以上高空,臭氧的含量就极少了.
臭氧的含量虽少,却极其重要,因为这薄薄的臭氧层,能把太阳紫外线中波长短于290纳米,能杀死地球上包括人类在内所有生命的短波紫外线统统吸收掉,使地球上的生物免受紫外线的伤害.但臭氧层不吸收波长较长的太阳紫外线,这些紫外线对人类和生物则是有益的.因为它们能杀死细菌,并能促成人体内合成维生素D,以防止佝偻病的产生.所以臭氧层如同一把保护伞,保护着地球上的生命.
臭氧层空洞,是指南极上空大范围的高密度臭氧分子遭到破坏而出现的衰竭现象.臭氧层的破坏,给地球环境和人体健康带来极大危害.
首先,臭氧减少,射向地面的紫外线增多,会损害人和动物的免疫能力,易爆发流行性传染病,皮肤发生癌变,使眼睛出现白内障以至失明,还使发育停滞.其次,短波紫外线会破坏植物的叶绿素,影响植物的光合作用,使农作物减产.
那么到底是谁破坏了臭氧层?绝大多数科学家以为,“元凶”是由人类活动排放到大气里的氯氟烃.这种物质世界上本来没有,使20世纪30年代人类使用制冷剂、发泡剂、灭火剂等制造出来的一种化合物.它的性能极其稳定,在低层不易分解,上升到平流层后,在强烈紫外线作用下分解产生氯原子,从臭氧众夺取一个氧原子,成为一氧化氯,臭氧分子就变成了普通的氧分子.而一氧化氯是不稳定的,空气中游离的氧原子可以夺取其中的氧原子而成为普通的氧分子,氯原子则再次游离出来去重复上述破坏臭氧分子的过程.这种过程可以重复上万此,使臭氧的浓度不断降低,最后便形成了臭氧层空洞.可见,人为排入大气中的氯氟烃是一个名副其实的臭氧杀手.可见,氯氟烃的源地是在北半球,且北半球大气中氯氟烃的浓度比南半球还略高,为什么臭氧层空洞却发生在南极呢?这与南极特异的气候有关.因为南极大陆纬度高,海拔高,冰川反射率强,具有特殊的环极旋涡和低温条件,环极旋涡把南极大陆封闭起来,从北方来的富含臭氧的气流不能进入它的上空.低温使南极上空大气中有众多的冰晶云,云中的冰晶不断吸收氯氟烃气体,浓度越来越高,更加速了对臭氧的破坏