平流层臭氧及其减少的理论解释VIP专享VIP免费

平流层臭氧及其减少的理论解释严绍玮（北京大学环境学院03级4班，北京100871）摘要：酸雨，臭氧层破坏和全球变暖是当前人类面临的最重大的三个全球环境问题。本文在介绍大气臭氧基本情况的基础上，着重对当前解释臭氧耗减成因的各种理论解释进行了概括总结。关键词：臭氧臭氧洞耗减引言臭氧在大气层中发挥着不可替代的重要作用。近25年来臭氧的减少为人类敲响了警钟，引起了全球性的广泛关注。科学家致力于研究臭氧减少的原因，全球展开了保护大气臭氧层的行动。1大气臭氧的基本情况1.1臭氧的发现1786年,VanMarum首次提出臭氧作为一种物质而存在于自然界中，1839年C.F.Schonbein用希腊文ozone（发臭味的气体）对其命名。大气层中的臭氧因为能吸收全部的波长介于200-280nm的太阳紫外辐射UV-C和绝大部分的波长介于280-315nm范围的UV-B（UV-C能杀死地球上一切生灵，UV-B能杀死或严重损伤地球生灵），而仅使对人类有益的UV-A（波长介于315-400nm)到达地面，使人类免受有害太阳辐射的侵害，因而被称作是地球的保护伞。臭氧吸收的UV-B是平流层增温的重要来源，它使得平流层温度稳定地随高度上升而增高。同时它又能放出红外辐射使大气层冷却，因而在地球大气层温度系统中发挥着不可替代的作用。1.2臭氧在大气层中的分布大气中臭氧在全球分布主要与地理位置和季节有关。总体而言，极大值在地球的两极地区，极小值在赤道地区。就季节变化而言，大气中臭氧含量的最大值一般在春季，而最低值出现在秋季，但在低纬度地区，最大值和最小值有时出现在夏季和冬季。在南半球，臭氧最大值出现在9-11月份，极值中心出现在南纬50°-60°左右；在北半球，臭氧在春季3-5月的最大值基本覆盖在极区上空。大气中臭氧随高度的变化就平均状态而言，对流层中臭氧浓度随高度上升而下降，进入平流层，臭氧浓度开始时随高度上升而增加，然后是随高度上升而减小。大气层中臭氧的分布不是相对均匀的分布在各个高度层上的，而是相对聚集形成一个臭氧层。12-50km范围的大气臭氧层内集中了大气臭氧含量的90%，而其中15-30km范围上又集中了臭氧总量的75%。这种分布特征是由臭氧生成和破坏的化学平衡决定的，可以用方程式解释（M是为平衡能量而引入的第三量）：O2+hv→O+O+5.115eV（1）O+O2+M→O3+M（2）O3+HO→O+O2（3）氧原子的存在状况是大气层中臭氧形成过程中的关键因素。氧气吸收一定波长太阳辐射后分解形成氧原子，氧原子与氧分子再结合成为臭氧分子，同时臭氧分子也因为吸收太阳辐射而分解。净反应O+O3→2O2研究表明，这种发生在大气高层的臭氧的形成和破坏过程与那个高度的大气压力，温度以及氧气分子浓度，太阳辐射强度等有密切关系。低层大气中，较弱的太阳辐射无法使氧分子分解成大量氧原子，在较高层大气，氧分子浓度很小，也不能形成足够多的氧原子，进而形成臭氧分子。这就是导致20-25km范围内出现臭氧最大浓度的原因。1.3臭氧耗减及臭氧洞的发现从20世纪70年代起，科学家从世界各地地面观察站对大气臭氧总量的观测记录发现，全球臭氧总量有逐渐减少的趋势，两极地区尤其是南极地区上空臭氧的耗损特别严重，出现了“臭氧洞”。所谓臭氧洞，是指地面上空大气臭氧季节性大幅度下降的现象，世界气象组织WMO将臭氧洞顶一位臭氧的柱浓度小于200DU（Dobsonunits）（1DU=10-3cm），也即臭氧的浓度较臭氧空洞发生前减少超过30%的区域。南极上空臭氧洞面积不断扩大，爆发时间不断提前，持续时间持续增加。1996年南极平流层的臭氧几乎全部被破坏。1998年臭氧空洞持续时间超过100天，是臭氧空洞发现以来的最长纪录。一切迹象表明，南极臭氧洞的情况仍然在不断恶化中，进一步研究和观测还发现，在北极上空和其他中纬度地区也出现了不同程度的臭氧耗减现象。2000年3月，希腊萨洛尼卡大学发表报告称，欧洲上空的平均臭氧含量比1976年以前的水平低了15%。1.4臭氧减少引起的严重后果臭氧减少将使进入大气层中的有害太阳辐射显著增多，引起严重后果。首先是对人体健康的危害：使免疫系统的免疫功能降低，引发肺结核，麻风病，黑热病等疾病的蔓延。有报告称，臭氧减少甚至会增加AIDS的发病率。进入大气层的过多的太阳辐射会...