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臭氧層與生命 -資料

時(shí)間:2024-09-18 06:01:40 資料 我要投稿
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臭氧層與生命 -資料

  1995年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授于對(duì)臭氧層的濃度平衡機(jī)制研究卓有成效的3位大氣化學(xué)家,克魯岑、羅蘭和莫里那,

臭氧層與生命

。從1840年Soh” nbein發(fā)現(xiàn)臭氧氣體至今已157年,在這漫長(zhǎng)的歲月中,隨著科學(xué)及測(cè)量技術(shù)的不斷進(jìn)步,人類對(duì)臭氧層的認(rèn)識(shí)日益深入,其中有著名的Chapman臭氧層光化學(xué)理論(1930年)及羅蘭-莫里那理論(1974年)。1985年,法曼發(fā)現(xiàn)南極臭氧層有嚴(yán)重?fù)p失,1995年初,美國(guó)太空總署發(fā)布了衛(wèi)星遙感測(cè)量結(jié)果,證實(shí)了羅蘭-莫里那理論,使人們認(rèn)識(shí)到臭氧層對(duì)于生命、全球氣候以及人類的未來(lái)至關(guān)重要。

臭氧層與生命 -資料

  在地球的大氣層中,臭氧(O3)的含量極少,僅占空氣的幾百萬(wàn)分之一,主要集中在離地面10~50km的平流層,臭氧和氧氣是氧元素的同素異構(gòu)體,呈淡藍(lán)色,因有一種魚(yú)腥臭味,故名臭氧。1930年(Chapman首次提出了高空臭氧形成和破壞的理論,認(rèn)為,臭氧的形成及破壞均與太陽(yáng)中紫外輻射有關(guān)。

  氧及臭氧層的出現(xiàn)是生物進(jìn)化發(fā)展的一個(gè)非常重要的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。據(jù)考,約25億年前,地球不存在氣體氧或很少,因而太陽(yáng)中的紫外輻射可直接到達(dá)地球表面,太陽(yáng)輻射的總能量中,紫外區(qū)段占到近1.5%。高能量的紫外輻射對(duì)化學(xué)進(jìn)化乃至生命誕生的化學(xué)反應(yīng)起到很重要的作用,尤其是240~290納米的紫外區(qū)段對(duì)今天的生命本質(zhì)物質(zhì)——核酸和蛋白質(zhì)有嚴(yán)重的破壞作用,假如沒(méi)有臭氧層擋住紫外輻射,地球陸地上將荒蕪一片,現(xiàn)在任何形式的生命在陸地上斷難存在,這或許是生命誕生于原始海洋中的原因之一,有些科學(xué)家就曾提出,在原始海洋中的一定深度——足以過(guò)濾大多數(shù)紫外輻射,留下充分的紫外輻射來(lái)促成生命前驅(qū)的化學(xué)反應(yīng)。

  另外,有資料表明,生命在34億年前就已發(fā)生,那時(shí)的生命只能存在于海洋中,以防止紫外輻射的灼傷致死。其次,其進(jìn)化速度與后來(lái)的生物相比甚為緩慢,因?yàn)楹Q蟓h(huán)境較之陸地環(huán)境穩(wěn)定而均一得多。然而,海洋中的有機(jī)物畢竟是有限的,棲息于海洋中的原始生物生息發(fā)展最終會(huì)因食物匱乏而面臨滅頂這災(zāi),在這嚴(yán)重的選擇壓力下,能進(jìn)行光合作用自己制造營(yíng)養(yǎng)的自養(yǎng)生物誕生了,它們固定太陽(yáng)能,用CO2合成營(yíng)養(yǎng),同時(shí)放出O2。

  由于自養(yǎng)生物不斷發(fā)展,地球大氣中O2的濃度不斷升高,當(dāng)時(shí)地球上的原始生物,絕大多數(shù)是厭氧的,然而為了生存,有許多形式的生命被迫接受了O2,

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臭氧層與生命》(http://m.oriental01.com)。這樣,O2的大量出現(xiàn),改變了生物進(jìn)化的過(guò)程,第一,接受了O2的生物由原來(lái)的無(wú)氧呼吸變成了有氧呼吸,呼吸效率因此而提高了大約19倍,得到迅速而蓬勃的發(fā)展;第二,大量氧氣吸收紫外輻射在地球中層大氣形成了臭氧層,為海棲生物登陸發(fā)展提供了前所未有的“安全”環(huán)境,確實(shí),當(dāng)初簡(jiǎn)單的動(dòng)物正是有氧后出現(xiàn)并得到進(jìn)化發(fā)展的。

  在這漫長(zhǎng)的二十幾億年的發(fā)展中,生命不知經(jīng)歷了多少次的興衰。然而其間無(wú)論是舊種的滅絕,還是新種的誕生,除極少數(shù)生命早期遺留下來(lái)的厭氧種外,其余無(wú)一例外都是需氧的,尤其是產(chǎn)氧的綠色植物的繁榮發(fā)展,使臭氧層與生物相互依賴到了今天。然而,現(xiàn)在,臭氧層越來(lái)越受到人類活動(dòng)的威脅。1985年,英國(guó)的約瑟夫·法曼在《自然》雜志上發(fā)表了他在南極做了近30年的臭氧觀測(cè)結(jié)果,南極的臭氧濃度在幾年間劇降了50%。

  高空臭氧本身存在自然的生成和破壞的動(dòng)態(tài)平衡機(jī)制,然而隨著人類工業(yè)文明的高度發(fā)展,這種平衡正在被人類所打破,尤其是本世紀(jì)以來(lái),人造的氯氟碳化物,如CFC-11及CFC-12(俗稱氟城昂)等,被廣泛用作氣霧劑、煙霧劑的壓縮氣體、泡沫充填材料及冰箱等的制冷介質(zhì)。這些氯氟碳化物會(huì)在產(chǎn)品使用過(guò)程中或壽命結(jié)束后,被排放到大氣中。由于此類物質(zhì)性質(zhì)極穩(wěn)定,唯一的損失途徑是紫外輻射照射下分解。當(dāng)它們飄至臭氧層上空,高能的紫外輻射破壞其碳氯鍵,釋放出氯原子。氯原子像催化劑一樣,使臭氧破壞而消耗,即 Cl+O3→ClO+O2,ClO+O→Cl+O2。

  據(jù)計(jì)算,平均一個(gè)氟原子可以消耗10萬(wàn)個(gè)臭氧分子。對(duì)臭氧層有嚴(yán)重影響的還有氮氧化物,最明顯的是NO。NO的來(lái)源主要是微生物的活動(dòng)及飛機(jī)和汽車發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的。此外,甲烷也被認(rèn)為是對(duì)臭氧層破壞有重要影響的物質(zhì)。據(jù)科學(xué)家估算,高空臭氧每減少1%,就會(huì)有額外2%的紫外輻射到達(dá)地球表面。這些紫外輻射會(huì)嚴(yán)重?fù)p傷動(dòng)植物,并使人類皮膚癌的患病率大大提高。

  臭氧層除了屏蔽大量太陽(yáng)中的紫外輻射外,還參與了大氣環(huán)流。臭氧的減少,不僅直接給地球上的生命帶來(lái)慘重的損失,而且使地球大氣低層變暖、高層變冷,加重溫室效應(yīng),從而導(dǎo)致地球氣候和大氣形式的更大變化。

  近年來(lái),大氣臭氧研究在國(guó)際組織的協(xié)調(diào)下顯得十分活躍。相信在21世紀(jì)人類定會(huì)為保護(hù)臭氧層做出卓有成效的努力。

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