购物车 
臭氧的（简介，平衡，消耗）
Release Time：2021-09-14臭氧的简介
臭氧 (O3) 是一种相对不稳定的分子，由三个氧 (O) 原子组成。虽然它只占大气的一小部分，但臭氧对地球上的生命至关重要。根据臭氧所在的位置，它可以保护或伤害地球上的生命。大多数臭氧存在于平流层（我们上方 10 至 40 公里之间的大气层），在那里它充当保护地球表面免受太阳有害紫外线辐射的屏障。随着这种屏障的减弱，我们将更容易患皮肤癌、白内障和免疫系统受损。在对流层（距地表约 10 公里的大气层）中更靠近地球，臭氧是一种有害污染物，会对肺组织和植物造成损害。大气中“好”平流层和“坏”对流层臭氧的数量取决于产生臭氧的过程和破坏臭氧的过程之间的平衡。臭氧平衡的紊乱会对地球上的生命产生严重的后果，因为科学家们正在寻找证据表明臭氧水平正在发生变化——我们呼吸的空气中“坏”的对流层臭氧正在增加，而“好的”平流层臭氧正在减少。
臭氧的平衡
在平流层，臭氧主要由紫外线辐射产生。当高能紫外线照射普通氧分子 (O2) 时，它们会将分子分裂成两个单独的氧原子，称为原子氧。一个游离的氧原子然后与另一个氧分子结合形成一个臭氧分子。我们的大气中有太多的氧气，以至于这些高能紫外线在平流层中完全被吸收了。臭氧非常有价值，因为它可以吸收一系列紫外线能量。当臭氧分子甚至吸收低能量的紫外线辐射时，它就会分裂成一个普通的氧分子和一个游离的氧原子。通常这个游离氧原子会迅速与一个氧分子重新结合形成另一个臭氧分子。由于这种“臭氧-氧气循环”，有害的紫外线辐射不断转化为热量。“臭氧-氧气循环”以外的自然反应也会影响平流层中臭氧的浓度。由于臭氧和游离氧原子极不稳定，它们很容易与地球大气中天然存在的氮、氢、氯和溴化合物（从陆地和海洋来源释放）发生反应。例如，单个氯原子可以将臭氧转化为氧分子，这种臭氧损失平衡了高能紫外线撞击氧分子所产生的臭氧。除了自然臭氧平衡之外，科学家们还发现臭氧水平会定期变化，这是定期自然循环的一部分，例如季节变化、风和长时间尺度的太阳变化。此外，火山爆发可能会将物质注入平流层，从而导致臭氧破坏加剧。
在地球的整个生命周期中，自然过程调节了平流层中臭氧的平衡。理解臭氧平衡的一个简单方法是考虑一个漏桶。只要水以与漏水相同的速度倒入桶中，桶中的水量或水位将保持不变。同样，只要臭氧以与其被破坏的速度相同的速度产生，臭氧的总量就会保持不变。然而，从 1970 年代初开始，科学家们发现了人类活动正在破坏臭氧平衡的证据。人类对氯氟烃 (CFC) 等含氯化学品的生产增加了破坏臭氧的额外因素。CFC 是由氯、氟和碳结合而成的化合物。因为它们是极其稳定的分子，所以 CFC 不容易与低层大气中的其他化学物质发生反应。可以分解 CFC 分子的少数力量之一是紫外线辐射。在低层大气中，臭氧层本身可以保护 CFC 免受紫外线辐射。因此，CFC 分子能够完整地向上迁移到平流层。尽管 CFC 分子比空气重，但气流和大气的混合过程将它们带入平流层。一旦进入平流层，CFC 分子就不再受到臭氧层的紫外线辐射的保护。在太阳紫外线能量的轰击下，CFC 分子分解并释放出氯原子。游离氯原子然后与臭氧分子反应，带走一个氧原子形成一氧化氯，留下一个普通的氧分子。
如果一个 CFC 分子释放的每个氯原子只破坏一个臭氧分子，那么 CFC 对臭氧层的威胁就很小。然而，当一氧化氯分子遇到一个游离的氧原子时，氧原子会分解一氧化氯，窃取氧原子并将氯原子释放回平流层以破坏更多的臭氧。这种反应一遍又一遍地发生，让单个氯原子充当催化剂，破坏许多臭氧分子。幸运的是，氯原子不会永远留在平流层中。当游离氯原子与甲烷 (CH4) 等气体发生反应时，它会结合成一个氯化氢 (HCl) 分子，该分子可以从平流层向下携带到对流层，在那里它可以被雨水冲走。因此，如果人类停止将氟氯化碳和其他破坏臭氧层的化学物质放入平流层，臭氧层最终可能会自我修复。
臭氧的消耗
“臭氧消耗”一词不仅意味着臭氧的自然破坏，还意味着臭氧损失超过了臭氧的产生。将额外的破坏臭氧层的化合物（例如 CFC）放入大气中就像增加我们臭氧“桶”中的孔洞的大小。较大的孔导致臭氧以比产生臭氧更快的速度泄漏。因此，保护??我们免受紫外线辐射的臭氧水平降低。
在过去的 15 年中，在南极和北极地区发现了另一种快速破坏臭氧的机制。在各自的冬季，在地球两极上空，平流层冷却到非常冷的温度，并形成极地平流层云 (PSC)。在极地平流层中，几乎所有的氯都以不与臭氧或彼此发生反应的不活泼或“储存”气体的形式存在，例如氯化氢 (HCl) 和硝酸氯 (ClONO2)。然而，这些“蓄水池”氯气会在极地平流层云粒子表面发生化学反应，将氯气转化为非常活泼的形式，从而迅速破坏臭氧。这种“极性化学” 平流层云粒子导致南极洲和北极上空的臭氧浓度大幅下降。事实上，南极洲春季臭氧水平下降得如此之低，以至于科学家将这种损失描述为“南极臭氧空洞”。
自 1920 年代以来，臭氧已通过地面仪器进行测量。科学家们在全球各地放置仪器，以测量每个地点穿过大气层的紫外线辐射量。根据这些测量结果，他们计算出该位置上方大气中的臭氧浓度。这些数据虽然有助于了解臭氧，但无法提供全球臭氧浓度的充分图景。全球平流层中臭氧分子的数量和分布差异很大。臭氧分子在平流层周围传输，就像水云在对流层中传输一样。因此，仅仅观察一个点的臭氧波动的科学家无法知道局部臭氧水平的变化是否意味着全球臭氧水平的改变，或者仅仅是该特定点的浓度波动。卫星使科学家有能力解决这个问题，因为它们提供了整个地球每天发生的事情的图片。由美国宇航局和美国国家海洋和大气管理局 (NOAA) 联合运行的美国臭氧卫星测量计划按季节、纬度和经度测量了臭氧分布，并使用各种卫星仪器观察了 20 多年的长期变化。今天使用的仪器将在未来五到十年内被新一代改进的、更复杂的仪器所取代。世界范围内的平流层臭氧正在耗尽——部分原因是人类活动。科学家们现在知道，极地臭氧的大量损失是人类产生的化学物质影响的直接结果。然而，科学家们仍然不知道中纬度损失有多少是人类活动的结果，有多少是自然周期波动的结果。
