臭氧有哪些生物学意义和天气学意义

如题所述

对人类的危害
低浓度的臭氧可消毒。一般森林地区臭氧浓度即可达到0.1ppm, 但超标的臭氧则是个无形杀手!
在夏季,由于工业和汽车废气的影响,尤其在大城市周围和农林地区在地表臭氧会形成和聚集。地表臭氧对人体,尤其是对眼睛,呼吸道等有侵蚀和损害作用。地表臭氧也对农作物或森林有害。
▲臭氧能刺激粘液膜 ,它对人体有毒 ,长时间在含0.1ppm臭氧的空气中呼吸是不安全的。
▲ 它强烈刺激人的呼吸道,造成咽喉肿痛、胸闷咳嗽、引发支气管炎和肺气肿;
▲ 臭氧会造成人的神经中毒,头晕头痛、视力下降、记忆力衰退、呼吸短促、疲倦、鼻子出血;
▲ 臭氧会对人体皮肤中的维生素E起到破坏作用,致使人的皮肤起皱、 出现黑斑;
▲ 臭氧还会破坏人体的免疫机能,诱发淋巴细胞染色体病变,加速衰老, 致使孕妇生畸形儿;
因此,臭氧和有机废气所造成的危害必须引起人们的高度重视。

对人类的益处
紫外线从多方面影响着人类健康。人体会发生如晒斑、眼病、免疫系统变化、光变反应和皮肤病(包括皮肤癌)等。皮肤癌是一种顽固的疾病,紫外线的增长会使患这种病的危险性增大。紫外线光子有足够的能量去破裂双键。中短波紫外线会透人皮肤深处,使人的皮肤产生炎症,人体的遗传物质DNA(脱氧核糖核酸)受到损害,使正常生长的细胞蜕变成癌细胞并继续生长成整块的皮肤癌。也有说太阳光渗透进皮肤的表层。紫外线辐射轰击着皮肤细胞核内的DNA基本单位,使许多单位溶化成失去作用的碎片。这些毛病的修复过程可能会出现不正常,从而导致癌变。流行病学已证实厂非黑瘤皮肤癌的发病率与日晒紧密相关。各种类型皮肤的人都有患非黑瘤皮肤癌的可能,但在浅色皮肤人群中发病率较高。动物实验发现,紫外线中,紫外线B波长区是致癌作用最强的波长区域。
据估计,总臭氧量减少1%(即紫外线B增强2%),基础细胞癌变率将增加约4%。研究发现,紫外线B可使免疫系统功能发生变化。有的实验结果表明,传染性皮肤病可能也与由臭氧减少而导致的紫外线B增强有关。据估计总臭氧量减少1%,皮肤癌的发病率将增加5%-7%,白内障患者将增加0.2%—0.6%。自1983年以来,加拿大皮肤癌的发病率己增加235%,1991年皮肤病患者已多达4.7万人。美国环保局局长说,美国在今后50年内死于皮肤癌者,将比过去预计的增加20万人。澳大利亚人喜欢晒日光浴,把皮肤晒得黑黑的。尽管科学家反复告诫多晒太阳会导致皮肤癌、他们对黑肤色还是乐此不疲。结果,直到澳大利亚人皮肤癌的发病率比世界上其他地方高出1倍时,才醒悟过来。全世界患皮肤癌的人已占癌症患者总人数的1/3。
联合国环境规划署曾警告说,如果地球的臭氧层会继续按照这样速度减少并变薄,那么到2000年时全世界患皮肤癌的比例将增加26%,达到30万人。如果下个世纪初臭氧层再减少10%,那么全世界每年患白内障的人有可能达到160万-175万人。
受紫外线侵害还可能会诱发麻疹、水痘、疟病、疤疹、真菌病、结核病、麻风病、淋巴癌。
紫外线的增加还会引起海洋浮游生物及虾、蟹幼体、贝类的大量死亡,造成某些生物灭绝。紫外线照射结果还会使成群的兔子患上近视眼,成千上万只羊双目失明。

削弱光合作用
根据非洲海岸地区的实验推测,在增强的紫外线B照射下,浮游生物的光合作用被削弱约5%。增强的紫外线B还可通过消灭水中微生物而导致淡水生态系统发生变化,并因而减弱了水体的自净化作用。增强的紫外线B还可杀死幼鱼、小虾和蟹。如果南极海洋中原有的浮游生物极度下降,则海洋生物从整体上会发生很大变化。但是,有的浮游生物对紫外线很敏感,有的则不敏感。紫外线对不同生物的DNA的破坏程度有100倍的差别。
严重阻碍各种农作物和树木的正常生长 有些植物如花生和小麦,对紫外线B有较好的抵御能力,而另一些植物如莴苣、西红柿、大豆和棉花,则是很敏感的。美国马里兰大学农业生物技术中心的特伦莫拉用太阳灯对6个大豆品种进行了观察实验,结果显示其中3个大豆品种对紫外线辐射极为敏感。具体表现为,大豆叶片光合作用强度下降,造成减产,同时也使大豆种于蛋白质和油脂含量下降。大气臭氧层损失1%,大豆也将减产1%。
特伦莫拉还用了4年时间,对高剂量紫外辐射给树木生长造成的影响进行了观察。结果表明,木材积累量明显下降,它们的根部生长也因而受阻。
对全球气候的不良扰乱作用 平流层上层臭氧的大量减少以及与此有关的平流层下层和对流层上层臭氧量的增长,可能会对全球气候起不良的扰乱作用。臭氧的纵向重分布可能使低空大气变暖,并加剧由二氧化碳量增加导致的温室效应。
光化学大气污染过量的紫外线使塑料等高分子材料容易老化和分解,结果又带来新的污染——光化学大气污染。
臭氧
臭氧分子结构:中心有个3中心4电子的π键,4个电子被3个氧原子共用,另外两黑线边是正常共价键,臭氧分子是不对称的所以是极性的。
但要注意:臭氧和二氧化碳虽然电子式类似,但分子结构不同。臭氧是折线形,二氧化碳是直线形。对此的解释要用到大学的无机化学知识。
美国航空航天局的科学家们发现,在地球南极洲上空的巨大臭氧空洞在9月份发生了明显变化,从原先的旋涡状变成了两头大、中间小的“变形虫”形状。
虽然这两年,臭氧空洞面积看上去在缩小,但科学家警告说,就断言臭氧层在“修复还原”还为时尚早。航空航天局的臭氧专家包罗-纽曼介绍,大气层的温度不断上升造成了空洞的缩小。在2000年,南极洲的臭氧空洞面积曾经一度达到2800万平方公里,相当于3个美国大陆的面积;在2002年9月初,航空航天局的科学家们估算,空洞缩小到2054万平方公里。
澳大利亚一个臭氧层研究小组曾向全世界报告了一条好消息:由于环保措施这些年来得到有效地执行,南极洲上空的臭氧空洞正在不断缩小,预计到2050年之前,这个“臭名昭著”的巨大空洞就可以完全被“填补”上了。
据报道,南极洲上空的臭氧空洞一直是困扰全世界环保人士的难题之一。最严重的时候,臭氧空洞的面积曾一度有3个澳大利亚那么大。科学家们研究发现,“吞噬”臭氧的罪魁祸首原来是大气层中的氯氟烃——一种含有氯、氟、碳三种元素的有机化合物(俗称“氟里昂”)。
为了防止臭氧空洞进一步加剧,保护生态环境和人类健康,1990年各国制定了《蒙特利尔议定书》,对氯氟烃的排放量规定了严格的限制。如今,这些年来环保组织的不懈努力终于获得了回报:臭氧又回来了!澳大利亚英联邦科学与工业研究组织(CSIRO)的大气研究专家保罗·弗雷舍激动地说:“这是一条重大新闻。我们期待这一天已经很久了!”他说,虽然影响臭氧空洞缩小进度的因素还有很多,比如温室效应、气候变化等等,“但我们在将各种因素综合起来考虑之后,得出了这一结论:南极洲上空的臭氧空洞不出50年便会完全消失”。
据悉,从50年代起,随着电冰箱和空调(氯氟烃的主要生产源)的大量普及,大气层中的氯氟烃含量逐年递增,到2000年达到峰值。后来,由于新型无氟冰箱的诞生,氯氟烃含量才开始明显下降。

地球的保护伞
起着保护人类和其他生物的作用,臭氧是由氧分子在太阳紫外线辐射和闪电作用下,部分分解的氧原子与氧分子结合而成的。1913年法国物理学家法布里发现,在低层(20千米高度以下)大气由于缺少氧原子,生成臭氧的机会就少;在20到27千米的高度时,由于太阳辐射增强,氧分子在紫外线辐射作用下发生分解,使氧原子增加,导致氧原子和氧分子结合而成臭氧的机会增多,使这一层形成臭氧含量最大值,即臭氧层。
臭氧层能吸收大部分波长短的射线(如吸收波长短于0.29微米的紫外线),使大气温度升高,并使地球上的生物免受过多紫外线伤害,因此被称为“地球上生物的保护伞”。但氯气和氟化物促使臭氧分解为氧 ,破坏了臭氧保护层,成为人类关注的重要环境问题之一。
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