臭氧层挡住了紫外线,使得地球气候宜人

来源:admin 时间:2020-12-10 11:26:59

我们生活在地球上,一切似乎都很正常。但是,地球的生态环境,就生命的必要条件而言,是一个非常巧妙的安排。比如地球位于太阳系的宜居带,温度适宜,可以让液态水存在。木星正在阻挡一些大型陨石撞击地球,月球引力导致地球内熔岩活动维持地球磁场。而且月球还能引起地球表面的海洋和大气潮汐活动,地球的生态环境可以长期维持生命,其中臭氧层也是一个关键环节。

臭氧层是大气平流层中臭氧浓度较高的一层,分布在地球地面以上20-50公里之间,但主要位于20-25公里之间。虽然臭氧层的厚度至少可以达到5km,但是如果把臭氧层中的臭氧校准到标准情况,也就是说臭氧分子按照空气浓度排列成一层,那么这层纯臭氧的厚度平均只有3mm左右。

臭氧层中的臭氧主要是太阳紫外线产生的。太阳光中的紫外线有长波和短波两种。当大气中的氧分子受到短波紫外线照射时,氧分子会分解成原子态。氧原子(O)极不稳定。当它与氧分子(O2)反应时,形成臭氧(O3),每年地球大气中会形成约500亿吨臭氧。

当臭氧在高空形成时,由于其比重大于氧气,会逐渐落到臭氧层的底部,达到一定的空气密度就不会下降很多,所以臭氧层就是在这个位置形成的,但臭氧也有很强的不稳定性。当它在这里被长波紫外线照射时,会再次还原成氧原子和氧分子,然后会有一个上升到臭氧再下降的过程。在这个分解形成的过程中,臭氧会将阳光转化。据估计,由于臭氧层的存在,阳光中只有大约1%的紫外线可以到达地面。

臭氧层挡住了紫外线,使得地球气候宜人(图1)

臭氧层对地球生命的保护作用主要体现在两个方面。

第一,防紫外线。

臭氧层可以吸收阳光中波长在306.3nm以下的紫外线,保护地球上的人类和动植物免受短波紫外线的伤害,因为短波紫外线很容易伤害生物细胞。如果这样的紫外线很强,就会引起一些皮肤病或者皮肤病,也就是说紫外线会破坏生物体的表面保护系统,还会损伤动物的角膜和眼晶体,造成白内障,当然不利于生物体的生存。而臭氧层的存在就像一把保护伞,屏蔽有害的紫外线辐射,保护地球上的生物得以生存繁衍。

第二,臭氧层可以加热大气。

因为臭氧可以吸收太阳光中的紫外线并将其转化为热能,臭氧还可以对大气进行加热,这也是地球表面上方15~50公里处有一层增温层的原因,对大气环流有重要影响。

显然,如果地球臭氧层消失,将造成灾难性的后果,紫外线辐射增加99倍,地球暖化层消失,气候变冷,将颠覆整个地球的生态环境,给地球上的生物物种带来毁灭性的打击。估计一个月内会有很大的变化,人类当然很难对这种自然灾害免疫。

前几年臭氧空洞一直在增加的现象让人担忧。1999年,南极地区上空的臭氧空洞甚至扩大到2700多万平方公里,2014年相当于整个北美地区(2400万平方公里)。科学家认为,人类对氟利昂等制冷产品的应用,导致大气中臭氧层的臭氧分子减少。这是因为氟利昂是由碳、氯和氟组成的,释放到大气中的氯离子会反复破坏臭氧分子,从而导致臭氧层变薄变空。

但也有科学家认为,臭氧洞是一种自然现象,与太阳风粒子流和地球磁场的相互作用有关。但是,毫无疑问,人类释放的氟利昂对臭氧层有影响。近年来臭氧空洞变小甚至消失的现象也被认为与人类减少氟利昂的应用有关。另一个因素与地球磁场、太阳风和地球大气环境之间的相互作用有关。总之,令人欣慰的是臭氧层的空洞变小了。如果这种趋势减少,南极上空的臭氧洞甚至可以在2060年左右完全消失。


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