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1、1浅议大气臭氧层破坏对人类的影响浅议大气臭氧层破坏对人类的影响 摘要摘要：大气污染是目前全球各国普遍关注的问题，而臭氧层损耗是当前又一个人们普遍关注的全球性大气环境问题，因为它同样直接关系到生物圈的安危与人类的生存，需要全世界共同采取行动。本文通过地臭氧层破坏的原因及其破坏的机理进行阐述，分析其对人类产生的影响，并提出相关的保护措施，以期增强人们保护臭氧层的意识。关键词：关键词：臭氧层破坏 氟氯烃 人类 生物 影响引言引言臭氧层破坏是人类当今所面临的环境问题之一，多数科学家认为，人类过度使用氟氯烃（CFCS）类物质是臭氧层破坏的主要原因之一。臭氧层变薄意味着到达地表的太阳紫外线增强。较强的紫外
2、线辐射，会伤害人的皮肤、眼睛，损坏人的免疫系统，还会对粮食作物、陆生生物及水生生物造成危害。因此，了解臭氧层破坏的原因，及其对人类及生物的危害，有助于增强人们的环境意识，避免人类遭受臭氧层破坏所带来的灾难。通过本文介绍臭氧层破坏的机理，分析其对人类产生的影响，并提出相关的保护对策，以期增强人们对臭氧层的正确认识，以及为保护臭氧层提供借鉴。一、臭氧层与臭氧空洞概述一、臭氧层与臭氧空洞概述1.1 臭氧层的形成臭氧层的形成臭氧由 3 个氧原子（O3）构成，而氧气有 2 个氧原子（O2）构成。自然界中的臭氧，大多分布在距地面 2050km 的大气中，将其称之为臭氧层。臭氧层中的臭氧主要来源于紫外线。太
3、阳光线中的紫外线分为长波和短波，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 H2反应生成 H2O，与 C 反应生成 CO2。同样，与 O2反应时，便形成了 O3。臭氧形成后，由于其比重大于氧气，会逐渐向臭氧层的底层降落，在降落过程中随着温度的上升，臭氧不稳定性越加明显，在受到长波紫外线的照射，2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。由于臭氧与氧气之间的平衡，在大气中行形成了一个较为稳定的臭氧层。臭氧层是指大气平流层中距地面 2025km 的特殊大气层，这一大气层的臭氧含量特别高，含
4、量接近0.01mg/ml，高空大气层中约有 90%的臭氧集中在臭氧层，而大气中平均臭氧含量大约仅为 0.0003mg/ml。太阳光中也存在对生物生存有害的紫外线，按生物效应的不同，可将太阳光中的紫外线分为 3 类：1弱效应波长（UV-A,32040nm，对生物影响不大） 、强效应波长（UV-B,280320nm，对生物的杀伤作用）和超强效应波长（UV-C，200280nm，属灭生性辐射） 。通常情况下，大气平流层中的臭氧几乎吸收了全部的 UV-C 和 90%左右的 UV-B。臭氧层是地球的“保护伞” ，因此，臭氧层的破坏会对生活在地球上的生物产生严重的影响。1.2 臭氧空洞臭氧空洞臭氧层空洞是
5、指某些人工化合物如氯氟烃（CFC） 、氮氧化物等排入大气层后，分解了臭氧（O3） ，使大气的臭氧层变薄，甚至出现巨大的“空洞” ，大量的有害紫外线长驱直入，直射地面，破坏动物和植物的生理机能，影响水生生态系统，严重危害人类健康。二、臭氧层破坏的原因及机理二、臭氧层破坏的原因及机理2.1 臭氧层破坏的原因臭氧层破坏的原因对于臭氧层破坏的原因科学家们有多种见解。有的认为，这可能跟亚马逊河地区不断出现的森林火灾有关；有的认为，臭氧洞之所以出现在两极，是极地低温造成的，美国肯塔基大学的一个科学小组则认为，臭氧水平可能是随着太阳黑子活动的自然周期而变化的。但是，多数科学家则认为，人类过多使用氟氯烃（CF
6、CS）类物质是臭氧层破坏的一个主要原因。CFCS 的形式决定了它们对臭氧层的危害程度。含 H 的 CFCS 比不含 H 的降解得快，对平流层臭氧威胁较小，而像 C2H4F2(CFC152a)类不含氯溴的 CFCS 则对平流层臭氧威胁更小，甚至不构成威胁。2.2 臭氧层破坏的机理臭氧层破坏的机理1974 年美国科学家 Rowland 和 Molina 认为，同温层渗入了氟氯甲烷、氧原子对臭氧具有催化破坏作用。在平流层的臭氧层中，在太阳紫外线的照射下，有如下反应3平衡：2-3 O3 + hv O2 + O由于排放出来的 CFCS 气体具有非常稳定的特点，在大气对流层中几乎完全不分解，所以能够扩散到
7、大气平流层中，当其受到来自太阳紫外线辐射时，就会发生碳氯链断裂的光化学反应，产生氯原子，如CFCl3 + hv CFCl2 + Cl接着 Cl 会引发一系列破坏臭氧的链式反应：Cl + O3 + hv ClO + O2ClO + O + hv Cl + O2净反应为：O + O3 + hv 2O2相关研究表明，1 个氯原子引发的这种链式反应大约可以破坏 10 万个臭氧分子，所以 CFCS 气体的排放致使 O3不断消耗，从而使臭氧失去其吸收紫外线的性能。三、三、 臭氧层的破坏对人类的影响臭氧层的破坏对人类的影响3.1 对人类健康的影响对人类健康的影响 臭氧量的减少、臭氧层的被破坏使到达地面的紫外
8、线辐射量增加。其中 UV-B 紫外线波段增加更多。UV-B 紫外线辐射的增加，将会对人体健康产生很大影响。相关研究表明，紫外线除了在人类皮肤中产生 VD 外，未发现其他有益效应。紫外线对人体的危害却较大。主要表现在影响人类皮肤、眼睛及免疫系统。1、4-63.1.1 对人类皮肤的影响对人类皮肤的影响临床诊断表明，夏天接受过量的太阳光照射已造成皮肤病。动物试验和临床病例研究表明，过量 UV-B 紫外线照射易引发人体皮肤癌。紫外线辐射最主要的影响是在太阳照射下对皮肤的灼伤。对大多数人来讲，接受 2d 的暴晒，皮肤会变成褐色，这是由于紫外线辐射容易使皮肤产生黑色素，并沉着于皮肤色素细胞而形成的。接受紫
9、外线辐射一定时间后破坏皮肤组织的连接，导致皮肤增厚，出现皱纹和皮肤弹性减少。紫外线辐射增加了患皮肤癌的机率。3.1.2 对人类眼睛的影响对人类眼睛的影响白内障是人眼中晶状体的不透明物。据世界卫生组织 1985 年估计，白内障造成全球 1700 万人失明（约占总失明人数的 50%） 。过量的紫外线辐射被认为是白内障增4加的主要原因。大量动物试验表明，UV-B 紫外线辐射能损害眼角膜和晶状体，导致眼睛混浊。当部分紫外线辐射抵达眼睛的后部，会使视网膜细胞缓慢恶化，尤其是近视者。研究表明，紫外线的增加对人类白内障有一定影响，当臭氧减少 1.0%，白内障增加约 0.5%，强紫外线辐射同样可以引发角膜炎（
10、如白雪盲） 。这类影响的征兆包括眼睛变红，对光线的易敏感，爱流泪，感觉严重有异物和疼痛。眼外伤在 312h暴晒后显现。由于眼睛细胞的快速再生能力，症状在几天后消失。长时间的紫外线辐射会导致角膜水久性损伤。3.1.3 对人的免疫系统的影响对人的免疫系统的影响皮肤是一个重要的免疫器官，免疫系统的某些成分存在于皮肤中，皮肤暴露于紫外线辐射下能扰乱免疫系统，导致一些疾病。UV-B 诱发皮肤免疫抑制的研究发现，不仅含色素少的人发生，含色素多的人亦可发生。由于免疫抑制，单纯疱疹、利什曼病、结核及念珠菌病等疾病将会增加或者症状恶化。3.2 对生物的影响对生物的影响 3.2.1 对农作物的影响对农作物的影响紫
11、外线辐射的增强，将导致农作物（如小麦、水稻等）减产，减少地球的食物链，并会导致粮食质量降低。相关试验表明，当臭氧减少 25%时，大豆产量会减少20%25%,大豆中的蛋白质和植物油的含量则分别下降 2%和 5%。据美国预测，如对CFC 的消耗量不加以限制，到 2075 年农作物将减产 7.5%。3.2.2 对陆生生物的影响对陆生生物的影响近年来，研究者通过对植物受环境 UV 辐射的影响进行了大量研究，结果发现，在光合作用和呼吸作用过程中，UV 辐射能降低大多数 C3植物的净光和速率，而 C4植物对 UV 不太敏感。UV 造成光和速率下降的原因是由于气孔阻力的增大或气孔的关闭所致。同时，还发现，U
12、V 可以通过破坏光系统（PS）反应中心，抑制 PS联系的电子传递，使环式磷酸化解偶联作用等直接伤害来影响植物的光合能力。在水分生理方面，UV 使气孔关闭，而导致大豆、黄瓜、向日葵叶片蒸腾速率的下降。康乃馨经 UV-C 照射几小时，即见花瓣发生皱褶，其效应与自然衰老或用乙烯处理引起的衰老相类似；UV-B 能使黄瓜植株中丁二胺和亚精胺含量显著提高，能阻止棉花中Zn 从子叶运转到幼叶。大豆试验中，受 UV-B 处理的植株籽粒产量严重下降，同事研究表明 UV 是通过损伤膜系统而引起细胞衰老的。这些研究表明，如果地球表面紫外线辐射增加，将危害植物的生理代谢。在形态方面，UV-B 能强烈地改变单子叶和双子
13、叶植物的高度、叶面积等指标。5有学者用 UV-B 处理黄瓜幼苗是发现，下胚轴伸长受阻；若在 UV-B 照射后再用 GA3处理幼株，下胚轴伸长才能得以恢复正常。这表明 UV 并非通过代谢上的限制或破坏顶端分生组织而实现其在形态学上的作用，而是植物体对 UV 的一种光形态学反应。大豆试验表明，受 UV-B 处理的植株籽粒产量严重下降。3.2.3 对水生生物的影响对水生生物的影响UV-B 的增加，对水生生物存在很大的危险。美国海洋学家韦勒指出， “南极大陆上空臭氧层的日益变薄已使紫外线穿过臭氧层直接进入海洋的深度比过去推测要深得多，造成结果是构成海洋食物链基础的单细胞生物的生成量大幅度减少，并给浮游
14、生物造成严重的遗传损害” 。紫外线辐射对鱼、虾、蟹、两栖类动物的早期发育都有危害作用，最严重的导致其繁殖力下降和幼体发育不全。紫外线能穿透 1020m 深的海水，紫外线辐射可杀死 10m 水深的单细胞海洋浮游生物和微生物，从而危及水中生物的食物链和自由氧的来源，影响生态平衡和水体的自净能力。实验表明，如果臭氧减少 10%，则紫外线辐射增加 20%，这将会在 15d 内杀死所有生活在 10m 深的鳗鱼幼鱼。研究人员已发现，南极洲浮游植物繁殖速度下降 12%与臭氧空洞有直接关系，美国能源与环境研究所的报告表明，臭氧层厚度减少 25%，将导致水面附近的初级生物产量降低 35%，光亮带（生产力高的海洋
15、带）减少 10%。这些研究结果表明，臭氧层的破坏已影响到海洋生物食物链的根基。7-103.3 对经济的影响对经济的影响大气臭氧层破坏对人类健康的影响，对生物的影响进而会造成对全球经济的影响。四、保护臭氧层的对策四、保护臭氧层的对策臭氧减少带来的危害已受到国际社会的普遍关注，为了保护臭氧层免遭破坏，以更好地保护生态环境，国际上保护臭氧层的行动过已持续了 20 余年。4.1 建立国际间和各国的臭氧层保护法律约束机制，控制破坏臭氧层物质的排放建立国际间和各国的臭氧层保护法律约束机制，控制破坏臭氧层物质的排放 国际上先后通过了关于臭氧层保护计划 、 保护臭氧层维也纳公约 、 关于消耗臭氧层物质的蒙特利
16、尔议定书 。我国于 1991 年 6 月签署了议定书的伦敦修正案，目前议定书的缔约方已达 168 个。1994 年第 52 次联合国大会决定，把每年的 9 月 16 日定为国际保护臭氧层日。我国正在为实现 议定书规定的指标而努力，制定并实施了 20 余项有关保护臭氧层的政策。这对减少消耗臭氧层物质浓度及保护6臭氧层具有重要意义。4.2 加强氟里昂代用品的研究开发力度加强氟里昂代用品的研究开发力度氟里昂替代品的开发受到广泛重视，目前主要包括含氢的氟里昂，其在到达臭氧层之前的对流圈被分解。或者用不含氯的氟里昂， ，如 F32，F215，F134a和 F143等，即使他们到达臭氧层也不会产生破坏作用。有的替代品则是不含 F 和 Cl 的有机物，如精制的石油气和二甲醚、烷烃、氮气、二氧化碳等。此外，回收和分解氟氯烃的研究工作也正在进行。4.3 提高对保护臭氧层的认识，牢固树立环境意识提高对保护臭氧层的认识，牢固树立环境意识 尽管人类企图寻找另一个与地球相近、可供人类生存的星球，但不得不承认地球仍然是
