臭氧是一种淡蓝色的气体,具有强氧化性。大气中的臭氧主要来源于氧分子在太阳紫外辐射作用下的光离解,主要分布于地面以上10~50km的平流层中,20~30km处浓度最大,通常将之称为臭氧层。1930年,Chapman建立了有关平流层臭氧形成与消耗的经典光化学平衡理论,解释了臭氧浓度垂直分布的主要特征。虽然臭氧在大气中占的比例极小,但它却是大气中最重要的微量成分之一。这是因为:
(1)臭氧对太阳紫外辐射(0.2~0.29μm)有强烈的吸收作用,臭氧层能吸收掉到达地球的太阳辐射中99%的紫外线,使地球上的生物免遭强烈的紫外辐射的伤害。强紫外辐射有足够的能量使包括DNA在内的重要生物分子分解,增高患皮肤癌、白内障和免疫缺损症的发生率,并能危害农作物和水生生态系统,因此臭氧层是地球芸芸众生的保护伞。
(2)臭氧层吸收的太阳紫外辐射能量使平流层大气增温,对平流层的温度场和大气环流起着决定性作用,如果平流层臭氧浓度下降,将引起平流层上部温度下降,平流层下部和对流层温度上升。因此,臭氧层对建立大气的垂直温度结构和大气的辐射平衡起重要作用。
氟利昂排放到大气中会导致臭氧含量下降。因为氟利昂是非常稳定的惰性气体,在对流层中的寿命可长达数十年甚至上百年,它们随气流运动能够到达臭氧层,在此被强烈的紫外线照射后降解产生破坏臭氧的原子氯(即活性氯自由基Cl·),继而发生如下反应:
这些反应使臭氧分子转变为氧分子,而氯自由基CI·在这一过程中充当了催化剂的角色。
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