詳論臭氧層危機

詳論臭氧層危機

臭氧就是三原子氧（Ｏ3），是我們熟知的氧氣的同素異形體。從地面往上到大氣邊緣都廣泛存在臭氧，離地面約10~50千米的大氣層中，含有較多的臭氧，稱這個臭氧較集中的氣層為臭氧層，它跨平流層和中間層。

臭氧層是法國科學家C.法布里于20世紀初發現的。臭氧層中，臭氧的濃度隨高度變化，在離地面20—30公里處的臭氧濃度最高，也就是說濃度最大的區域出現在平流層的范圍內。實際上，平流層保存了大氣中90% 的臭氧。

臭氧層的臭氧含量與其他大氣成分相比是很小的，其只是大氣的微量成份，把整個臭氧層的臭氧折算到標準狀態(氣壓1013.25百帕、氣溫273.15K)，其總累積厚度為0.15~0.45厘米，平均約0.30厘米，這種計量方法叫柱濃度法，采用多布森單位（Dobuson unit,簡稱D.U）來表示，正常大氣中臭氧的柱濃度為300Ｄ.U。

臭氧層的主要作用是吸收紫外線。一般我們將來自太陽的紫外輻射按照波長的大小分為三個區：（１nm＝10-9ｍ）

　　　　　325－400 nm        ＵＶ－Ａ區

　　　　　280－325 nm　　　　ＵＶ－Ｂ區

　　　　　200－280 nm　　　　ＵＶ－Ｃ區

ＵＶ－Ａ區紫外線不能被臭氧有效吸收，但也不會造成地表生物圈的損害．事實上，這一波段少量的紫外線也是地表生物所必須的，它可促進人體的固醇類轉化成維生素Ｄ，缺乏維生素Ｄ會引起軟骨病，尤其對兒童的生長發育產生不良影響；

ＵＶ－Ｂ區的紫外線是可能到達地表并對人類和生態系統造成最大危害的部分，正常情況下大氣中的臭氧可以吸收絕大部分的此波段的紫外線；

ＵＶ－Ｃ區的紫外線波長短，能量高，但能被大氣中的氧氣和臭氧完全吸收，即使平流層的臭氧發生損耗，也不會到達地表。

由上可見，對人類來說大氣中的臭氧主要作用是攔截對人類和生態系統有傷害作用的ＵＶ－Ｂ區的紫外線，臭氧層是地表生物系統的保護傘。

1930年查普曼（Chapman）提出了一個純氧體系的光化學反應機制，即平流層的臭氧則主要是氧氣在太陽的紫外線的轟擊下分解而成。

其生成過程如下所示：

　　　　　　　　　Ｏ2 　    紫外線　　  Ｏ        產生的氧原子有很強的化學活性

　　　　　　　　　Ｏ2＋Ｏ        Ｏ3 　　　與氧氣分子反應生成臭氧

臭氧的去除反應也是在紫外線的作用下進行的：

　　　　　　　Ｏ3　　紫外線　　Ｏ2＋Ｏ　　　臭氧吸收紫外線被光解

　　　　　　　Ｏ＋Ｏ　　　　Ｏ2　　　　　　氧原子化合為氧氣

以上生成和去處反應保持著動態的平衡。

1974年美國科學家約翰斯頓（Johnston）對以上過程作了定量計算，發現平流層的臭氧的去除反應加上向對流層的臭氧輸送，僅為臭氧生成量的20％，這一結果表明，平流層的臭氧損耗還存在更重要的過程。

    實際上，平流層大氣盡管遠比對流層稀薄，但也含有一定量的水汽、含氮化合物和含鹵族化合物等。科學家發現，除了Chapman提出的臭氧去除反應外，平流層臭氧更重要的去除途徑是所謂催化反應機制：

　　　　　　　　Y + O3        YO+ O２　　　　Ｙ奪取臭氧分子的一個氧原子

　　　　　　　  YO+O        Y+ O２　　　　　釋放氧原子形成氧氣

   　　　　　　　 其凈結果是：　　　　     　O3+ O   &nb

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