臭氧层 知识手册

臭氧层
目录·地球
·臭氧层的作用
·臭氧层的测量
·臭氧层的破坏

ozonosphere

在距离
地球
表面15-25公里的高空，因受太阳紫外线照射的缘故，形成了包围在地球外围空间的臭氧层，这臭氧层正是人类赖以生存的保护伞。这就是大多数人对臭氧的全部认识。人类真正认识臭氧还是在150多年以前，由德国化学家先贝因（Schanbein）博士首次提出在水电解及火花放电中产生的臭味，同在自然界闪电后产生的气味相同，先贝因博士认为其气味类似于希腊文的OZEIN（意为“难闻”），由此将其命名为OZONE（臭氧）。

自然界中的臭氧，大多分布在距地面20Km--50Km的大气中，我们称之为臭氧层。臭氧层中的臭氧主要是紫外线制造出来的。大家知道，太阳光线中的紫外线分为长波和短波两种，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。如与氢（H2）反应生成水（H2O)，与碳（C）反应生成二氧化碳（C02）。同样的，与氧分子（O2）反应时，就形成了臭氧（O3）。臭氧形成后，由于其比重大于氧气，会逐渐的向臭氧层的底层降落，在降落过程中随着温度的变化（上升），臭氧不稳定性愈趋明显，再受到长波紫外线的照射，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。

在这么广大的区域内到底有多少臭氧呢？估计小于大气的十万分之一。如果把大气中所有的臭氧集中在一起，仅仅有三公分薄的一层。那么，地球表面是否有臭氧存在呢？回答是肯定的。太阳的紫外线大概有近1%部分可达地面。尤其是在大气污染较轻的森林、山间、海岸周围的紫外线较多，存在比较丰富的臭氧。

此外，雷电作用也产生臭氧，分布于地球的表面。正因为如此，雷雨过后，人们感到空气的清爽，人们也愿意到郊外的森林、山间、海岸去吮吸大自然清新的空气，享受自然美景的同时，让身心来一次爽爽快快的“洗浴”，这就是臭氧的功效，所以有人说，臭氧是一种干净清爽的气体。（臭氧有极强的氧化性，少量的臭氧会使人感到精神振奋；但过强的氧化性也使其具有杀伤作用，详见自由基）。

臭氧层的作用

大气臭氧层主要有三个作用。其一为保护作用，臭氧层能够吸收太阳光中的波长300 μm以 下的紫外线，主要是一部分UV—B(波长290～300μm)和全部的UV—B(波长＜290μm＝，保护地球上的人类和动植物免遭短波紫外线的伤害。只有长波紫外线UV-A和少量的中波紫外线UV-B能够辐射到地面，长波紫外线对生物细胞的 伤害要比中波紫外线轻微得多。所以臭氧层犹如一件宇宙服保护地球上的生物得以生存繁衍 。其二为加热作用，臭氧吸收太阳光中的紫外线并将其转换为热能加热大气，由于这种作用 大气温度结构在高度50km左右有一个峰，地球上空15～50km存在着升温层。正是由于存在着 臭氧才有平流层的存在。而地球以外的星球因不存在臭氧和氧气，所以也就不存在平流层。 大气的温度结构对于大气的循环具有重要的影响，这一现象的起因也来自臭氧的高度分布。其三为 温室气体的作用，在对流层上部和平流层底部，即在气温很 低的这一高度，臭氧的作用同样非常重要。如果这一高度的臭氧减少，则会产生使地面气温 下降的动力。因此，臭氧的高度分布及变化是极其重要的。

臭氧是无色气体，有特殊臭味，因此而得名“臭氧”。由太阳飞出的带电粒子进入大气层，使氧分子裂变成氧原子，而部分氧原子与氧分子重新结合成臭氧分子。距地面15～50千米高度的大气平流层，集中了地球上约90％的臭氧，这就是“臭氧层”。

地球上的一切生物离开太阳光就没有生命。太阳光是由可见光、紫外线、红外线三部分组成。进入大气层的太阳光（包括紫外线）有55％可穿过大气层照射到大地与海洋，其中40％为可见光，它是绿色植物光合作用的动力；5％是波长100～400纳米的紫外线，而紫外线又分为长波、中波、短波紫外线，长波紫外线能够杀菌。但是波长为200～315纳米的中短波紫外线对人体和生物有害。当它穿过平流层时，绝大部分被臭氧层吸收。因此，臭氧层就成为地球一道天然屏障，使地球上的生命免遭强烈的紫外线伤害。然而，近10多年来，地球上的臭氧层正在遭到破坏。

臭氧层的测量

臭氧的测量包括铅直气柱中臭氧总量的测量和臭氧浓度铅直分布的测量两种。测量方法分直接法和间接法：前者对臭氧进行采样分析；后者在臭氧层外进行测量，大都用光谱分析方法。臭氧测量结果，除采用通常的单位表示外，还用多布森单位，记为DU，它等于千分之一厘米（标准状态臭氧层厚）。

臭氧间接测量法：光谱分析法是观测穿过大气层的太阳直射光或散射光的光谱，然后计算出臭氧含量及其铅直分布。在臭氧吸收带中（见大气臭氧层），太阳直射光或散射光穿过大气层，受到臭氧分子的吸收，并受到气体分子和气溶胶粒子的散射。波长为λ的单色太阳光，通过大气层时辐射强度的削弱服从比尔定律。测量臭氧的常用光学仪器有多布森分光光度计和M-83滤光片臭氧仪。多布森分光光度计被认为是测量臭氧的标准仪器。其他类型的仪器都必须定期用它校准。M-83滤光片臭氧仪主要在苏联和欧洲的部分国家使用。用气象卫星也可以测得臭氧的分布。如雨云4号卫星上用后向散射紫外光谱仪(BUV)和红外干涉光谱仪(IRIS)进行大气臭氧的观测。前者测量大气对太阳光的后向紫外散射，它接收2500～3400埃中12个波段的紫外光谱，由此反演出大气臭氧含量的分布；后者除了测量大气温度和湿度外，还测量大气臭氧（9.6微米波段，在此波段中接收 4个波长的辐射）。将这两种光谱仪结合起来，可以探测大气臭氧浓度随高度的分布，例如在雨云 6号卫星上，有临边辐射反演辐射仪(LRIR)，它接收大气臭氧9.6微米辐射带的信息，用辐射传输方程反演，可获得臭氧的铅直分布。

臭氧直接测量法 用电化学或化学发光方法测量臭氧含量，可不受大气透明度和天气条件的限制，白天或黑夜均可进行观测。

臭氧测量方法各有优缺点，常常要用多种方法互相补充，互相比较，以求获得完整可靠的资料。

臭氧层的破坏

1、原因：地球上有一层保护膜，存在于包围在地球的大气中，就是臭氧层，臭氧层会将紫外线挡在地球外面，保护地球上的生物不会受到伤害。人类制造了大量会破坏臭氧层的物质，使地球南北极的臭氧层受到破坏。

2、影响：臭氧层被破坏造成地球紫外线增加，紫外线会破坏包括DNA在内的生物分子，增加罹患皮肤癌、白内障的机率，而且和许多免疫系统疾病有关。海洋中的浮游生物受致命的影响，海洋生态系统受破坏。农作物减产。加强温室效应。

3、我们应该做的事：氟氯碳化物的使用，购买冷气、冰箱、汽车、喷雾剂等，应选购不含氟氯碳化物的产品。

4、补充资料：大气中的臭氧绝大部分都集中在离地面大约25~30公里的上平流层中，称为“臭氧层”。名虽为一层，但实际上臭氧分布各地并不均匀，而且大气中臭氧的总含量非常少，尚不到1ppm。这极薄的一层臭氧，对於地球上的生命非常常重要，因为臭氧能吸收阳光中的紫外线，将这些波长很短，而且有致命危险的辐射线，转换成热能，只有极少量能到达地表。
2007.11.18补充：由于臭氧在平流层中维持与氧气、氧原子等紫外线作用下的动态平衡，生物圈主要部分的耗氧量，及向上排放有可能参与或影响到此类反应(包括O3═O2+O′+2O3═3O2)的物质（如氯原子）都有可能威胁 到 “臭氧层”的臭氧含量，至此呼吁节能减排，植树造林，自觉维护生态环境，十分重要。
2007.11.30补充:臭氧是氧气的一种同素异形体(由相同的元素组成，但分子结构不同。)顾名思义，臭氧又一种刺鼻的气味，所以得此恶名。在大气层的10公里到50公里高度的区域，臭氧有相当的浓度，叫做臭氧层。
臭氧层被大量损耗后，吸收紫外辐射的能力大大减弱，导致到达地球表面的紫外线B明显增加，给人类健康和生态环境带来多方面的的危害，目前已受到人们普遍关注的主要有对人体健康、陆生植物、水生生态系统、生物化学循环、材料、以及对流层大气组成和空气质量等方面的影响。
国际保护臭氧层日
1995年1月23日，联合国大会通过决议，确定从1995年开始，每年的9月16日为“国际保护臭氧层日”。旨在纪念1987年9月16日签署的《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》，要求所有缔约国根据“议定书”及其修正案的目标，采取具体行动纪念这一特殊的日子。
一、确立“国际保护臭氧层日”的历史背景
臭氧层破坏是当前面临的性环境问题之一，自70年代以来就开始受到世界各国的关注。联合国环境规划署自1976年起陆续召开了各种国际会议，通过了一系列保护臭氧层的决议。尤其在1985年发现了在南极周围臭氧层明显变薄，即所谓的“南极臭氧洞”问题之后，国际上保护臭氧层的呼声更加高涨。
1976年4月，联合国环境署理事会决定召开一次“评价整个臭氧层”国际会议之后，于1977年3月在美国华盛顿召开了有32个国家参加的“专家会议”。会议通过了diyi个“关于臭氧层行动的世界计划”。这个计划包括监测臭氧和太阳辐射、评价臭氧耗损对人类健康的影响、对生态系统和气候的影响，以及发展用于评价控制措施的费用及益处的方法等，并要求联合国环境署建立一个臭氧层问题协调委员会。这个计划提出了对受控物质生产和使用的控制。
1980年，协调委员会提出了臭氧耗损严重威胁着人类和地球生态系统这一评价结论。
1981年，联合国环境署理事会建立了一个工作小组，其任务是筹备保护臭氧层的性公约。
经过4年的艰苦工作，1985年3月在奥地利首都维也纳通过了有关保护臭氧层的国际公约----《保护臭氧层维也纳公约》，该公约从1988年9月起生效。这个公约只规定了交换有关臭氧层信息和数据的条款，但对控制消耗臭氧层物质的条款却没有约束力。《公约》的宗旨和原则是正确的，促进了各国就保护臭氧层这一问题的合作研究和情报交流。
在《保护臭氧层维也纳公约》的基础上，为了进一步对氯氟烃类物质进行控制，在审查世界各国氯氟烃类物质生产、使用、贸易的统计情况的基础上，通过多次国际会议协商和讨论，于1987年9月16日在加拿大的蒙特利尔会议上，通过了《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》，并于1989年1月1日起生效。
“蒙特利尔议定书”规定，参与条约的每个成员组织（国家或国家集团）将冻结并依照缩减时间表来减少5种氟利昂的生产和消耗（见下表diyi组物质）；冻结并减少3种溴代物的生产的消耗（见下表第二组物质）。具体情况列表如下：
5组氟利昂的大部分消耗量，将从1989年7月1日起，冻结在1986年使用量的水平上；从1993年7月1日起，其消耗量不得超过1986年使用量的80%；从1998年7月1日起，减少到1986年使用量的50%。
“蒙特利尔议定书”实施后的调查表明，根据议定书规定的控制进程并不理想。
1989年3-5月，联合国环境署连续召开了保护臭氧层伦敦会议与“公约”和“议定书”缔约国diyi次会议——赫尔辛基会议，进一步强调保护臭氧层的紧迫性，并于1989年5月2日通过了《保护臭氧层赫尔辛基宣言》，鼓励所有尚未参加《保护臭氧层维也纳公约》及《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》的国家尽早参加；同意在适当考虑发展ZG家特别情况下，尽可能地但不迟于2000年取消受控氯氟烃类物质的生产和使用；尽可能早地控制和削减其它消耗臭氧的物质；加速替代产品和技术的研究与开发；促进发展ZG家获得有关科学情报、研究成果和培训，并寻求发展适当资金机制促进以Z低价格向发展ZG家转让技术和替换设备。
1990年6月20-29日，联合国环境规则署在伦敦召开了关于控制消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书缔约国第二次会议。57个缔约国中的53个国家的环境部长或高级官员及欧共体代表参加了会议。此外，还有40个非缔约国的代表参加了会议。这次大会又通过了若干补充条款，修正和扩大了对有害臭氧层物质的控制范围，受控物质由原来的2类8种扩大到7类上百种。规定缔约国在2000年或更早的时间里淘汰氟利昂和哈龙。到1995年，四氯化碳将减少85%；到2000年将全部淘汰。到2000年，三氯乙烷将减少70%；2005年以前全部淘汰。