臭氧層與生命 -資料

　　1995年諾貝爾化學獎授于對臭氧層的濃度平衡機制研究卓有成效的3位大氣化學家，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，在這漫長的歲月中，隨著科學及測量技術的不斷進步，人類對臭氧層的認識日益深入，其中有著名的Chapman臭氧層光化學理論(1930年)及羅蘭-莫里那理論(1974年)。1985年，法曼發(fā)現(xiàn)南極臭氧層有嚴重損失，1995年初，美國太空總署發(fā)布了衛(wèi)星遙感測量結(jié)果，證實了羅蘭-莫里那理論，使人們認識到臭氧層對于生命、全球氣候以及人類的未來至關重要。

　　在地球的大氣層中，臭氧(O3)的含量極少，僅占空氣的幾百萬分之一，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體，呈淡藍色，因有一種魚腥臭味，故名臭氧。1930年(Chapman首次提出了高空臭氧形成和破壞的理論，認為，臭氧的形成及破壞均與太陽中紫外輻射有關。

　　氧及臭氧層的出現(xiàn)是生物進化發(fā)展的一個非常重要的轉(zhuǎn)折點。據(jù)考，約25億年前，地球不存在氣體氧或很少，因而太陽中的紫外輻射可直接到達地球表面，太陽輻射的總能量中，紫外區(qū)段占到近1.5%。高能量的紫外輻射對化學進化乃至生命誕生的化學反應起到很重要的作用，尤其是240～290納米的紫外區(qū)段對今天的生命本質(zhì)物質(zhì)——核酸和蛋白質(zhì)有嚴重的破壞作用，假如沒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，有些科學家就曾提出，在原始海洋中的一定深度——足以過濾大多數(shù)紫外輻射，留下充分的紫外輻射來促成生命前驅(qū)的化學反應。

　　另外，有資料表明，生命在34億年前就已發(fā)生，那時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，其進化速度與后來的生物相比甚為緩慢，因為海洋環(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)展最終會因食物匱乏而面臨滅頂這災，在這嚴重的選擇壓力下，能進行光合作用自己制造營養(yǎng)的自養(yǎng)生物誕生了，它們固定太陽能，用CO2合成營養(yǎng)，同時放出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，當時地球上的原始生物，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://www.oriental01.com)。這樣，O2的大量出現(xiàn)，改變了生物進化的過程，第一，接受了O2的生物由原來的無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，當初簡單的動物正是有氧后出現(xiàn)并得到進化發(fā)展的。

　　在這漫長的二十幾億年的發(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)生命早期遺留下來的厭氧種外，其余無一例外都是需氧的，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，臭氧層越來越受到人類活動的威脅。1985年，英國的約瑟夫·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態(tài)平衡機制，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，尤其是本世紀以來，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)。這些氯氟碳化物會在產(chǎn)品使用過程中或壽命結(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)計算，平均一個氟原子可以消耗10萬個臭氧分子。對臭氧層有嚴重影響的還有氮氧化物，最明顯的是NO。NO的來源主要是微生物的活動及飛機和汽車發(fā)動機產(chǎn)生的。此外，甲烷也被認為是對臭氧層破壞有重要影響的物質(zhì)。據(jù)科學家估算，高空臭氧每減少1%，就會有額外2%的紫外輻射到達地球表面。這些紫外輻射會嚴重損傷動植物，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，從而導致地球氣候和大氣形式的更大變化。

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

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