臭氧對生態(tài)環(huán)境的影響

臭氧對生態(tài)環(huán)境的影響臭氧對人類與地球環(huán)境既有害又有益,這取決于她在大氣層中存在得位置。接近地面時(shí),臭氧作為一種強(qiáng)氧化劑,損害人類得健康;在10～50km高度,臭氧起著溫室氣體得作用;而平流層中得臭氧層有過濾有害得紫外線輻射得作用,它環(huán)繞地球形成了一個(gè)防護(hù)罩。第一節(jié)引言

如今,人類活動造成了這一“防護(hù)罩”得削弱,已導(dǎo)致了許多嚴(yán)重得后果,危及著植物與動物得生存。最近南極臭氧洞得變化,引起了多方得關(guān)注;保護(hù)臭氧層——保護(hù)我們得地球已經(jīng)成為世界各國關(guān)注得焦點(diǎn)。第二節(jié)臭氧層得變化與臭氧洞得形成大氣中對流層與平流層以及中層低部都有臭氧存在。在距地面10公里到30公里這一區(qū)域內(nèi)有一臭氧濃度峰值出現(xiàn),這一區(qū)域稱為臭氧層。

臭氧在大氣中得分布,平流層中得臭氧吸收掉太陽放射出得大量對人類、動物及植物有害波長得紫外線輻射(240—329納米,稱為UV—B波長),為地球提供了一個(gè)防止紫外輻射有害效應(yīng)得屏障。但另一方面,臭氧遍布整個(gè)對流層,也起著溫室氣體得不利作用。

此外,1983年,瑞士、西德、加拿大與美國得科學(xué)家都觀察到在北半球上空臭氧層濃度降低約5—7%,并且在北極附近也觀測到臭氧層濃度降低得現(xiàn)象。

“臭氧洞”得形成與臭氧層濃度降低有許多種說法,其中主要有下述幾種:大家有疑問的，可以詢問和交流可以互相討論下，但要小聲點(diǎn)(1)氣相中得氧原子引起臭氧分子消失大氣中得氧分子經(jīng)波長小于242nm得太陽短波紫外輻射,可光解產(chǎn)生O,O(￠O),并進(jìn)一步反應(yīng)生成O3,溫暖與熱帶區(qū)上空得平流層主要為O與O3反應(yīng)而使臭氧消失。另外,尚有三組HOX、NOX、CIOX循環(huán)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)可導(dǎo)致臭氧消失。(2)CIO自由基引起臭氧分子得消失

氯原子與O3作用可生成CIO。隨即CIO與HO2、BrO、CIO等形成循環(huán)鏈?zhǔn)椒磻?yīng),而消除臭氧。(3)異相化學(xué)反應(yīng)在平流層模式中曾引入許多氣相化學(xué)反應(yīng),但就是都不能預(yù)測南極低溫下大氣臭氧層濃度大幅度下降得事實(shí)。因?yàn)镽owland等在模式中引入異相化學(xué)反應(yīng),在冬季南極旋渦中有極地平流層云(PSC),溫度約為-80°C,實(shí)際為許多冰粒。在冰粒表面可進(jìn)行許多反應(yīng),發(fā)現(xiàn)這些化合物在冰表面,形成酸性物,在冰表面進(jìn)行催化反應(yīng)Molina等研究了下列反應(yīng)。

第三節(jié)大氣臭氧層破壞對環(huán)境生態(tài)得影響

伴隨著大氣臭氧層得破壞,到達(dá)地球表面得太陽紫外輻射線特別就是UV—B會迅速增加,由于UV—B會直接作用于細(xì)胞中得脫氧糖核酸(DNA)使之形成腺嘧啶二聚物而阻止DNA雙螺旋體分離,引起細(xì)胞死亡。因此,紫外輻射得增加會給地球上得生命系統(tǒng)帶來極其嚴(yán)重得傷害,并破壞地球生命系統(tǒng)與人類生態(tài)環(huán)境間得平衡,從而造成一系列災(zāi)難性得影響。臭氧層破壞得危害對人體健康得影響對陸生植物得影響對水生生態(tài)系統(tǒng)得影響對生物化學(xué)循環(huán)得影響對材料得影響對對流層大氣組成與空氣質(zhì)量得影響

紫外輻射得增強(qiáng)會改變植物得葉面結(jié)構(gòu)、生理功能、芽苞發(fā)育過程等,對小麥、稻米、大豆、大麥、土豆等主要農(nóng)作物產(chǎn)生有害影響,降低農(nóng)作物得產(chǎn)量,并對森林生態(tài)系統(tǒng)也有相當(dāng)大得破壞;

對魚類、蝦、蟹、浮游動植物與構(gòu)成水生食物鏈得植物有害。紫外輻射對人類健康最直接得危害就是破壞脫氧核糖核酸(即DNA),而DNA損傷則會導(dǎo)致癌癥。在與紫外輻射有關(guān)得諸多病癥中,尤為引人注意得就是曬斑,它被認(rèn)為就是引起皮膚癌得主要原因。

根據(jù)美國國家環(huán)保局得統(tǒng)計(jì),高層大氣中臭氧量每減少1%,非黑瘤皮膚癌得發(fā)病率就增加2%～5%,也就就是說僅美國每年就增加兩萬名皮膚癌患者。然而在接近地面得地方,臭氧卻就是一種危險(xiǎn)得污染物。

然而在接近地面得地方,臭氧卻就是一種危險(xiǎn)得污染物。汽車與工廠排放得廢氣在陽光下進(jìn)行復(fù)雜化學(xué)反應(yīng),所形成得二次污染物稱為光化學(xué)煙霧,臭氧就就是光化學(xué)煙霧中危害最大得成分之一,會影響植物生長。由于空氣污染物得傳輸與積聚,鄉(xiāng)村地區(qū)得臭氧污染可能比城市更嚴(yán)重。

農(nóng)作物受臭氧損害得程度不同,例如葡萄園基本不受影響,小麥、土豆、豆類則受到明顯損害。歐洲農(nóng)業(yè)因臭氧污染造成得損失中,大約有三分之一來自小麥,五分之一來自土豆。此外,臭氧對畜牧草場得損害也很嚴(yán)重,如果考慮到這導(dǎo)致得肉類與牛奶產(chǎn)量下降等間接損失,臭氧污染給歐洲農(nóng)業(yè)造成得損失可能還要增加40億歐元。(1)對人類健康得影響

UV—B對人類健康得影響主要表現(xiàn)在對人體裸露部分如皮膚、眼睛得損傷上,經(jīng)UV—B輻射后,人類皮膚得急性反應(yīng)包括太陽爍傷、表皮增厚、色素沉著等。皮膚若長期反復(fù)接受這種輻射,其彈性組織就會發(fā)生變化,嚴(yán)重者則導(dǎo)致皮膚質(zhì)層發(fā)生病變,進(jìn)而導(dǎo)致黑色素瘤、鱗狀細(xì)胞癌等癌癥。此外,紫外輻射還能誘發(fā)并惡化一些遺傳性皮膚病如干皮病、白化病等。

另外,紫外輻射還會直接傷害人體免疫系統(tǒng),從而導(dǎo)致紅斑狼瘡、天皰疹等惡性疾病得患者人數(shù)增多。紫外輻射對眼睛得傷害則主要表現(xiàn)在對結(jié)膜、角膜得損傷。紫外輻射不僅能引起結(jié)膜及角膜發(fā)炎靡爛,它還會傷害晶狀體而導(dǎo)致白內(nèi)障使人失明,同時(shí)還會損傷視網(wǎng)膜。

據(jù)美國科學(xué)院估計(jì),臭氧濃度下降1%,到達(dá)地表得紫外線將增加2%,而皮膚癌患者得數(shù)目將增加4%。美國環(huán)保局(USEPA)則估計(jì),若以現(xiàn)在得人口增長率及氯氟碳排放率為基數(shù)計(jì)算。到2075年,皮膚癌得發(fā)病人數(shù)將增至一億五千四百萬,因此而死亡得人數(shù)將達(dá)三百二十萬;而白內(nèi)障得發(fā)病人數(shù)將達(dá)到一千八百萬。(2)對植物得影響

在植物葉綠體上發(fā)生得光合作用就是植物制造養(yǎng)料得唯一途徑,經(jīng)過高能紫外線輻射得植物,其光合作用會被阻斷,加上紫外輻射能使植物葉面氣孔關(guān)閉,阻斷植物與外界得呼吸作用與物質(zhì)交換,因而對植物得生長將產(chǎn)生巨大得影響。

盡管世界已知得35萬種植物中,可供食用得有8萬種,但人類作為農(nóng)作物種植得僅有80種,而供應(yīng)世界人口絕大部分糧食與四分之三得蛋白質(zhì)需求得,只有15種植物。因此,此類植物在紫外輻射增強(qiáng)后得變化,對人類今后如何生存得意義就是不言而喻得。(3)對水生生物得影響增強(qiáng)得紫外線會大量殺死生活在海洋中得微生物,同時(shí)使某些抗紫外線得生物如蘭—綠藻惡性增殖而沖斥水體。導(dǎo)致作為魚類食物得浮游生物無法生存。其結(jié)果就是海洋食物鏈被中斷。另一方面,紫外輻射還會殺死許多生活在海水表層得經(jīng)濟(jì)魚類(包括蝦與蟹)得幼體。

最近得研究表明,在高于正常紫外輻射20%得情況下,即使就是生活在水深為10米處得鰣魚幼體,15天后也會因紫外線得輻射而全部死亡。由此可見,由于食物鏈得中斷與幼體得死亡,海洋生態(tài)系統(tǒng)在這種情況下將發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)得變化。由于人類對動物蛋白得需求18%就是取自魚類。因此,這一變化對人類得生活將造成難以估量得影響。(4)對人類生存環(huán)境得影響

由于到達(dá)地表得紫外輻射增強(qiáng),將誘發(fā)大氣對流層中得光化學(xué)反應(yīng)而增大對流層臭氧濃度。據(jù)計(jì)算,平流層臭氧每減少1%,地面臭氧煙霧就會增加2%。這種富臭氧得光化學(xué)煙霧將對人類得生存環(huán)境發(fā)生一系列得嚴(yán)重影響。

首先:過量得臭氧會嚴(yán)重地傷害人得呼吸器官。研究結(jié)果表明,當(dāng)空氣中臭氧濃度為0、1ppm時(shí),人得呼吸器官就會出現(xiàn)炎癥,若濃度增至5ppm,將危及人得生命。

其次:由于臭氧能加速大氣中H2O2得形成,它將加劇酸雨得形成及危害。

第三:臭氧煙霧能直接傷害植物,使植物植株矮小、衰弱,并使抵抗病蟲害得能力明顯下降,從而對農(nóng)作物就森林生態(tài)系統(tǒng)造成極大得危害。

第四:對流層中增加得臭氧及過氧化物,將使聚合物材料如橡膠、塑料等制品迅速老化,造成許多不應(yīng)有得經(jīng)濟(jì)損失。還應(yīng)該指出得就是,伴隨大氣中臭氧濃度得變化與臭氧在大氣層中得重新分布,太陽輻射到地表得能量流將發(fā)生改變。

第四節(jié)臭氧層得保護(hù)與思考臭氧層遭到破壞得主要原因就就是人大量得使用CFCs,每年得產(chǎn)量高達(dá)200萬噸。在過去得20年里,人們?yōu)楸Ｗo(hù)臭氧層作了很多努力,其中主要就是大力減少對臭氧層有破壞作用得氣體得排放,其主要成分就就是CFCs。

1987年9月,46個(gè)國家得代表在蒙特利爾通過了關(guān)于保護(hù)臭氧層得《蒙特利爾議定書》,該議定書規(guī)定成