发布于 03-02 12:04:33
众所周知，地球是被一层稀薄的气体包裹着的，这就是地球大气层，主要由氧气和氮气构成，还有一些稀有气体。其中，臭氧（O3）虽然在大气中的浓度很低，却能吸收太阳紫外线，调节地球气温。
适量的紫外线照射对人体健康是有益的。它能提高人体免疫能力，促进磷钙代谢，增强人体对环境污染物的抵抗力。但是人体长期反复照射过量紫外线将引起细胞内的DNA改变使细胞的自身修复能力减弱，免疫机能减退，皮肤发生弹性组织变性、角质化，以致皮肤癌变。造成紫外线到达地面数量增加的直接原因就是臭氧层的耗减，通常认为臭氧浓度降低1%，紫外线辐射量就增加1.5%～2%。
1.大气层中臭氧的分布
自从发现南极上空的臭氧层出现空洞以来，就产生了关于人类健康后果和对环境的一些担心。“臭氧耗尽”以及“温室效应”带来的“全球变暖”已经吸引了媒体的广泛注意力，全世界对此给予了密切的关注。
大气层向上延伸数百公里，厚度达11km左右的大气层的最低层叫作对流层。对流层以上到大约48km之间的部分叫作平流层。平流层以上叫作电离层。地球上大气层的分布如图1-19所示。大气层的臭氧约有90%存在于平流层中，主要分布在大气层高度15～35km之间。这与其他的大气层气体不同，因为其他的大气层气体大都集中在对流层中。在平流层中，即使臭氧最密集的部分，浓度也不超过10ppm，即每10万个分子中仅有一个臭氧分子。例如，如果大气层中所有的臭氧都集聚在海平面上，也只能形成不到3mm厚的一层。大气层中含有臭氧约30亿t，这相当于地球上每人726kg。不过与大气层的总质量相比，臭氧量可以忽略不计。
图1-19 地球上大气层的分布
2.臭氧的形成与作用
臭氧是由放电作用而形成的。在平流层中，紫外线对氧的辐射作用能更频繁地形成臭氧。氧分子中的氧原子分离，分离出的原子再与其他氧分子结合，从而形成含三个氧原子的臭氧（O3）。
阳光对平流层臭氧的形成起关键作用，因此臭氧主要形成在赤道附近地区上空，因为这里太阳光辐射最强。在地球风的轻微循环作用下，臭氧再扩散到整个平流层。平流层臭氧浓度在全世界是不同的，赤道地区最低，靠近两极的南北纬度63°附近最高。
来自太阳的射线有不同的波长，范围从紫外线经过可见光到红外线。紫外线辐射对生物体非常有害，能引起晒斑、皮肤癌、眼病（包括白内障）、早期衰老和皮肤起皱。紫外线辐射还能破坏像海洋中的浮游生物这样的微生物，因而剥夺了生物体的某些天然食物，破坏了地球生态食物链。受到过多紫外线辐射，植物和农作物也会受到破坏。
具有破坏性的紫外线辐射由大气层中的臭氧所吸收，不会到达地球。臭氧层起到一个巨大遮阳屏或者一个遮光伞的作用，它将地球罩住，保护着生命，使其免受危险的紫外线辐射。臭氧的耗尽会使更多的紫外线照射到地球和生物体上。
3.臭氧层的破坏现状
大气中的臭氧含量仅一亿分之一，但在离地面20～30km的平流层中，存在着臭氧层，其中臭氧的含量占这一高度空气总量的十万分之一。臭氧层的臭氧含量虽然极其微小，却具有非常强烈的吸收紫外线的功能（图1-20），可以吸收太阳光紫外线中对生物有害的部分（UV-B）。由于臭氧层有效地挡住了来自太阳紫外线的侵袭，才使得人类和地球上各种生命能够存在繁衍和发展。
1985年，英国科学家观测到南极上空出现臭氧层空洞，并证实其同氟利昂（CFCs）分解产生的氯原子有直接关系。这一消息震惊了全世界。人类活动破坏臭氧层示意如图1-21所示，1994年，南极上空的臭氧层破坏面积已达2400万km2，北半球上空的臭氧层比以往任何时候都薄，欧洲和北美上空的臭氧层平均减少了10%～15%，西伯利亚上空甚至减少了35%。科学家警告说，地球上臭氧层被破坏的程度远比一般人想象的要严重得多。
图1-20 臭氧层阻挡太阳紫外线
图1-21 人类活动破坏臭氧层示意
4.大气臭氧层的破坏原理
汽车空调使人们享受到了适宜的车内环境，也给外界带来了负面影响。臭氧吸收紫外线辐射中的一大部分射线，从而保护地球表面不受这些射线的伤害。紫外线使臭氧（O3）分解为氧分子（O2）和氧原子（O）。通过其他化学反应产生的氧原子和氧分子又形成臭氧此过程发生在臭氧层中，该层属于海拔高度介于20～50km之间的平流层。
大气层中的氟利昂（CFCs）有30%来自汽车空调系统。紫外线辐射使CFCs释放出氯原子（Cl），并且该原子与臭氧（O3）发生反应。在此过程中，臭氧分解，并产生氧分子（O2）和一氧化氯（ClO），然后一氧化氯（ClO）又与氧（O）发生反应并释放出氯（Cl）。此循环可重复达100000次之多。但自由的氧分子（O2）无法吸收紫外线辐射。这种链式反应能持续几十年，甚至上百年，直至氯分子与其他物质直接合成化合物或氯分子沉降为止。
如此周而复始，结果一个氯氟利昂分子就能破坏多达10万个臭氧分子，如图1-22所示。总的结果，可以用化学方程式表示为
2O3→3O2
虽然反应中氟利昂分子所起的作用类似于催化剂，但由于其参加了反应过程，因而严格意义上不属于催化剂。
5.制冷剂和全球变暖
照射到地球表面的阳光以红外线辐射的形式被反射。然而，对流层中的微量气体，其中最重要的是CO2，又将这些波反射到地球表面。这会导致地球大气层升温（图1-23），这种现象也就是人们通常所说的“全球变暖”。而CFCs是造成微量气体浓度增加的罪魁祸首。1kg R12的温室效应相当于4000t CO2的温室效应。而R134a对全球变暖几乎没有什么影响，它的臭氧破坏系数为零，如图1-24所示。
图1-22 R12对大气臭氧层的破坏机理
图1-23 温室效应
6.蒙特利尔议定书
联合国环保组织1987年在加拿大蒙特利尔市召开会议，36个国家和10个国际组织共同签署了《关于消耗大气臭氧层物质的蒙特利尔议定书》，我国于1992年正式宣布加入修订后的《蒙特利尔议定书》。协议规定：
（1）对于CFCs 发达国家，从1996年1月1日起完全停止生产和消费；发展中国家，最后停用日期是2010年。
（2）对于HFCs 发达国家，从1996年起冻结生产量，2004年开始削减，2020年完全停用；发展中国家，从2016年开始冻结生产量，2040年完全停用。
图1-24 R12和R134a的破坏性
