第六章：臭氧對生態(tài)環(huán)境的影響【3】

1、艾尼瓦爾艾尼瓦爾生命科學與技術(shù)學院生命科學與技術(shù)學院Email: 生態(tài)與環(huán)保生態(tài)與環(huán)保 Ecology and Environment protection臭氧層與地球環(huán)境生態(tài)臭氧層與地球環(huán)境生態(tài) 臭氧對人類和地球環(huán)境既有害又有益，這取臭氧對人類和地球環(huán)境既有害又有益，這取決于他在大氣層中存在的位置。接近地面時，決于他在大氣層中存在的位置。接近地面時，臭氧作為一種強氧化劑，損害人類的健康；在臭氧作為一種強氧化劑，損害人類的健康；在101050km50km高度，臭氧起著溫室氣體的作用；而高度，臭氧起著溫室氣體的作用；而平流層中的臭氧層有過濾有害的紫外線輻射的平流層中的臭氧層有過濾有害的紫外線輻射

2、的作用，它環(huán)繞地球形成了一個防護罩。作用，它環(huán)繞地球形成了一個防護罩。第一節(jié)第一節(jié) 引言引言 如今，人類活動造成了這一如今，人類活動造成了這一“防護罩防護罩”的的削弱，已導致了許多嚴重的后果，危及著植物削弱，已導致了許多嚴重的后果，危及著植物和動物的生存。最近南極臭氧洞的變化，引起和動物的生存。最近南極臭氧洞的變化，引起了多方的關(guān)注；保護臭氧層了多方的關(guān)注；保護臭氧層保護我們的地保護我們的地球已經(jīng)成為世界各國關(guān)注的焦點。球已經(jīng)成為世界各國關(guān)注的焦點。第二節(jié)第二節(jié) 臭氧層的變化與臭氧洞的形成臭氧層的變化與臭氧洞的形成 大氣中對流層和平流層以及中層低部都有臭大氣中對流層和平流層以及中層低部都有臭氧

3、存在。在距地面氧存在。在距地面1010公里到公里到3030公里這一區(qū)域內(nèi)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。有一臭氧濃度峰值出現(xiàn)，這一區(qū)域稱為臭氧層。 臭氧在大氣中的分布，平流層中的臭氧吸收臭氧在大氣中的分布，平流層中的臭氧吸收掉太陽放射出的大量對人類、動物及植物有害掉太陽放射出的大量對人類、動物及植物有害波長的紫外線輻射（波長的紫外線輻射（240240329329納米，稱為納米，稱為UVUVB B波長），為地球提供了一個防止紫外輻射有害波長），為地球提供了一個防止紫外輻射有害效應的屏障。但另一方面，臭氧遍布整個對流效應的屏障。但另一方面，臭氧遍布整個對流層，也起著溫室氣體

4、的不利作用。層，也起著溫室氣體的不利作用。 此外，此外，19831983年，瑞士、西德、加拿大和年，瑞士、西德、加拿大和美國的科學家都觀察到在北半球上空臭氧層美國的科學家都觀察到在北半球上空臭氧層濃度降低約濃度降低約5 57%7%，并且在北極附近也觀測到，并且在北極附近也觀測到臭氧層濃度降低的現(xiàn)象。臭氧層濃度降低的現(xiàn)象。 “臭氧洞臭氧洞”的形成和臭氧層濃度降低有許多的形成和臭氧層濃度降低有許多種說法，其中主要有下述幾種：種說法，其中主要有下述幾種：（1 1）氣相中的氧原子引起臭氧分子消失）氣相中的氧原子引起臭氧分子消失 大氣中的氧分子經(jīng)波長小于大氣中的氧分子經(jīng)波長小于242nm242nm的太陽

5、短的太陽短波紫外輻射，可光解產(chǎn)生波紫外輻射，可光解產(chǎn)生O O，O O（O O），并進一），并進一步反應生成步反應生成O3O3，溫暖和熱帶區(qū)上空的平流層主，溫暖和熱帶區(qū)上空的平流層主要為要為O O與與O3O3反應而使臭氧消失。另外，尚有三組反應而使臭氧消失。另外，尚有三組HOXHOX、NOXNOX、CIOXCIOX循環(huán)鏈式反應可導致臭氧消失。循環(huán)鏈式反應可導致臭氧消失。（2）CIO自由基引起臭氧分子的消失自由基引起臭氧分子的消失 氯原子與氯原子與O3作用可生成作用可生成CIO。隨即。隨即CIO與與HO2、BrO、CIO等形成循環(huán)鏈式反應，等形成循環(huán)鏈式反應，而消除臭氧。而消除臭氧。（3 3）異相

6、化學反應）異相化學反應 在平流層模式中曾引入許多氣相化學反應，在平流層模式中曾引入許多氣相化學反應，但是都不能預測南極低溫下大氣臭氧層濃度大幅但是都不能預測南極低溫下大氣臭氧層濃度大幅度下降的事實。因為度下降的事實。因為Rowland等在模式中引入異等在模式中引入異相化學反應，在冬季南極旋渦中有極地平流層云相化學反應，在冬季南極旋渦中有極地平流層云（PSCPSC），溫度約為），溫度約為-80-80C C，實際為許多冰粒。在，實際為許多冰粒。在冰粒表面可進行許多反應，發(fā)現(xiàn)這些化合物在冰冰粒表面可進行許多反應，發(fā)現(xiàn)這些化合物在冰表面，形成酸性物，在冰表面進行催化反應表面，形成酸性物，在冰表面進行催

7、化反應Molina等研究了下列反應。等研究了下列反應。 第三節(jié)第三節(jié) 大氣臭氧層破壞對環(huán)境生態(tài)的影響大氣臭氧層破壞對環(huán)境生態(tài)的影響 伴隨著大氣臭氧層的破壞，到達地球表面伴隨著大氣臭氧層的破壞，到達地球表面的太陽紫外輻射線特別是的太陽紫外輻射線特別是UVUVB B會迅速增加，由會迅速增加，由于于UVUVB B會直接作用于細胞中的脫氧糖核酸會直接作用于細胞中的脫氧糖核酸（DNADNA）使之形成腺嘧啶二聚物而阻止）使之形成腺嘧啶二聚物而阻止DNADNA雙螺雙螺旋體分離，引起細胞死亡。因此，紫外輻射的旋體分離，引起細胞死亡。因此，紫外輻射的增加會給地球上的生命系統(tǒng)帶來極其嚴重的傷增加會給地球上的生命系

8、統(tǒng)帶來極其嚴重的傷害，并破壞地球生命系統(tǒng)和人類生態(tài)環(huán)境間的害，并破壞地球生命系統(tǒng)和人類生態(tài)環(huán)境間的平衡，從而造成一系列災難性的影響。平衡，從而造成一系列災難性的影響。臭氧層破壞的危害臭氧層破壞的危害對人體健康的影響對人體健康的影響對陸生植物的影響對陸生植物的影響對水生生態(tài)系統(tǒng)的影響對水生生態(tài)系統(tǒng)的影響對生物化學循環(huán)的影響對生物化學循環(huán)的影響對材料的影響對材料的影響對對流層大氣組成和空氣質(zhì)量的影響對對流層大氣組成和空氣質(zhì)量的影響 紫外輻射的增強會改變植物的葉面結(jié)構(gòu)、生紫外輻射的增強會改變植物的葉面結(jié)構(gòu)、生理功能、芽苞發(fā)育過程等，對小麥、稻米、大理功能、芽苞發(fā)育過程等，對小麥、稻米、大豆、大麥、土

9、豆等主要農(nóng)作物產(chǎn)生有害影響，豆、大麥、土豆等主要農(nóng)作物產(chǎn)生有害影響，降低農(nóng)作物的產(chǎn)量，并對森林生態(tài)系統(tǒng)也有相降低農(nóng)作物的產(chǎn)量，并對森林生態(tài)系統(tǒng)也有相當大的破壞；當大的破壞； 對魚類、蝦、蟹、浮游動植物和構(gòu)成水生對魚類、蝦、蟹、浮游動植物和構(gòu)成水生食物鏈的植物有害。食物鏈的植物有害。 紫外輻射對人類健康最直接的危害是破壞紫外輻射對人類健康最直接的危害是破壞脫氧核糖核酸（即脫氧核糖核酸（即DNADNA），而），而DNA DNA 損傷則會導損傷則會導致癌癥。致癌癥。 在和紫外輻射有關(guān)的諸多病癥中，尤為引在和紫外輻射有關(guān)的諸多病癥中，尤為引人注意的是曬斑，它被認為是引起皮膚癌的主人注意的是曬斑，它被認

10、為是引起皮膚癌的主要原因。要原因。 根據(jù)美國國家環(huán)保局的統(tǒng)計，高層大氣中根據(jù)美國國家環(huán)保局的統(tǒng)計，高層大氣中臭氧量每減少臭氧量每減少1%1%，非黑瘤皮膚癌的發(fā)病率就增，非黑瘤皮膚癌的發(fā)病率就增加加2%2%5%5%，也就是說僅美國每年就增加兩萬名，也就是說僅美國每年就增加兩萬名皮膚癌患者。然而在接近地面的地方，臭氧卻皮膚癌患者。然而在接近地面的地方，臭氧卻是一種危險的污染物。是一種危險的污染物。 然而在接近地面的地方，臭氧卻是一種危然而在接近地面的地方，臭氧卻是一種危險的污染物。汽車和工廠排放的廢氣在陽光下險的污染物。汽車和工廠排放的廢氣在陽光下進行復雜化學反應，所形成的二次污染物稱為進行復雜化

11、學反應，所形成的二次污染物稱為光化學煙霧，臭氧就是光化學煙霧中危害最大光化學煙霧，臭氧就是光化學煙霧中危害最大的成分之一，會影響植物生長。由于空氣污染的成分之一，會影響植物生長。由于空氣污染物的傳輸和積聚，鄉(xiāng)村地區(qū)的臭氧污染可能比物的傳輸和積聚，鄉(xiāng)村地區(qū)的臭氧污染可能比城市更嚴重。城市更嚴重。 農(nóng)作物受臭氧損害的程度不同，例如葡萄農(nóng)作物受臭氧損害的程度不同，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)因臭氧污染造成的損失中，顯損害。歐洲農(nóng)業(yè)因臭氧污染造成的損失中，大約有三分之一來自小麥，五分之一來自土豆。大約有三分之一來自小麥，五分之

12、一來自土豆。此外，臭氧對畜牧草場的損害也很嚴重，如果此外，臭氧對畜牧草場的損害也很嚴重，如果考慮到這導致的肉類和牛奶產(chǎn)量下降等間接損考慮到這導致的肉類和牛奶產(chǎn)量下降等間接損失，臭氧污染給歐洲農(nóng)業(yè)造成的損失可能還要失，臭氧污染給歐洲農(nóng)業(yè)造成的損失可能還要增加增加4040億歐元。億歐元。（1 1）對人類健康的影響）對人類健康的影響 UV UVB B對人類健康的影響主要表現(xiàn)在對人體對人類健康的影響主要表現(xiàn)在對人體裸露部分如皮膚、眼睛的損傷上，經(jīng)裸露部分如皮膚、眼睛的損傷上，經(jīng)UVUVB B輻射輻射后，人類皮膚的急性反應包括太陽爍傷、表皮后，人類皮膚的急性反應包括太陽爍傷、表皮增厚、色素沉著等。皮膚若

13、長期反復接受這種增厚、色素沉著等。皮膚若長期反復接受這種輻射，其彈性組織就會發(fā)生變化，嚴重者則導輻射，其彈性組織就會發(fā)生變化，嚴重者則導致皮膚質(zhì)層發(fā)生病變，進而導致黑色素瘤、鱗致皮膚質(zhì)層發(fā)生病變，進而導致黑色素瘤、鱗狀細胞癌等癌癥。此外，紫外輻射還能誘發(fā)并狀細胞癌等癌癥。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。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)，另外，紫外輻射還會直接傷害人體免疫系統(tǒng)，從而導致紅斑狼瘡、天皰疹等惡性疾病的患者人從而導致紅斑狼瘡、天皰疹等惡性疾病的患者人數(shù)增多。紫外輻射對眼睛的傷害則主要表現(xiàn)在對數(shù)增多。紫外輻射

14、對眼睛的傷害則主要表現(xiàn)在對結(jié)膜、角膜的損傷。結(jié)膜、角膜的損傷。 紫外輻射不僅能引起結(jié)膜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致白內(nèi)及角膜發(fā)炎靡爛，它還會傷害晶狀體而導致白內(nèi)障使人失明，同時還會損傷視網(wǎng)膜。障使人失明，同時還會損傷視網(wǎng)膜。 據(jù)美國科學院估計，臭氧濃度下降據(jù)美國科學院估計，臭氧濃度下降1%1%，到，到達地表的紫外線將增加達地表的紫外線將增加2%2%，而皮膚癌患者的數(shù)，而皮膚癌患者的數(shù)目將增加目將增加4%4%。美國環(huán)保局（。美國環(huán)保局（USEPAUSEPA）則估計，若）則估計，若以現(xiàn)在的人口增長率及氯氟碳排放率為基數(shù)計以現(xiàn)在的人口增長率及氯氟碳排放率為基數(shù)計算。到

15、算。到20752075年，皮膚癌的發(fā)病人數(shù)將增至一億年，皮膚癌的發(fā)病人數(shù)將增至一億五千四百萬，因此而死亡的人數(shù)將達三百二十五千四百萬，因此而死亡的人數(shù)將達三百二十萬；而白內(nèi)障的發(fā)病人數(shù)將達到一千八百萬。萬；而白內(nèi)障的發(fā)病人數(shù)將達到一千八百萬。（2 2）對植物的影響）對植物的影響 在植物葉綠體上發(fā)生的光合作用是植物制在植物葉綠體上發(fā)生的光合作用是植物制造養(yǎng)料的唯一途徑，經(jīng)過高能紫外線輻射的植造養(yǎng)料的唯一途徑，經(jīng)過高能紫外線輻射的植物，其光合作用會被阻斷，加上紫外輻射能使物，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，阻斷植物與外界的呼吸作植物葉面氣孔關(guān)閉，阻斷植物與外界的呼吸作用與物質(zhì)

16、交換，因而對植物的生長將產(chǎn)生巨大用與物質(zhì)交換，因而對植物的生長將產(chǎn)生巨大的影響。的影響。 盡管世界已知的盡管世界已知的3535萬種植物中，可供食用萬種植物中，可供食用的有的有8 8萬種，但人類作為農(nóng)作物種植的僅有萬種，但人類作為農(nóng)作物種植的僅有8080種，種，而供應世界人口絕大部分糧食和四分之三的蛋而供應世界人口絕大部分糧食和四分之三的蛋白質(zhì)需求的，只有白質(zhì)需求的，只有1515種植物。因此，此類植物種植物。因此，此類植物在紫外輻射增強后的變化，對人類今后如何生在紫外輻射增強后的變化，對人類今后如何生存的意義是不言而喻的。存的意義是不言而喻的。（3 3）對水生生物的影響）對水生生物的影響 增強的

17、紫外線會大量殺死生活在海洋中的增強的紫外線會大量殺死生活在海洋中的微生物，同時使某些抗紫外線的生物如蘭微生物，同時使某些抗紫外線的生物如蘭綠綠藻惡性增殖而沖斥水體。導致作為魚類食物的藻惡性增殖而沖斥水體。導致作為魚類食物的浮游生物無法生存。其結(jié)果是海洋食物鏈被中浮游生物無法生存。其結(jié)果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斷。另一方面，紫外輻射還會殺死許多生活在海水表層的經(jīng)濟魚類（包括蝦和蟹）的幼體。海水表層的經(jīng)濟魚類（包括蝦和蟹）的幼體。 最近的研究表明，在高于正常紫外輻射最近的研究表明，在高于正常紫外輻射20%20%的情況下，即使是生活在水深為的情況下，即使是生活在水深為

18、1010米處的鰣魚米處的鰣魚幼體，幼體，1515天后也會因紫外線的輻射而全部死亡。天后也會因紫外線的輻射而全部死亡。由此可見，由于食物鏈的中斷和幼體的死亡，由此可見，由于食物鏈的中斷和幼體的死亡，海洋生態(tài)系統(tǒng)在這種情況下將發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的海洋生態(tài)系統(tǒng)在這種情況下將發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的變化。由于人類對動物蛋白的需求變化。由于人類對動物蛋白的需求18%18%是取自魚是取自魚類。因此，這一變化對人類的生活將造成難以類。因此，這一變化對人類的生活將造成難以估量的影響。估量的影響。（4 4）對人類生存環(huán)境的影響）對人類生存環(huán)境的影響 由于到達地表的紫外輻射增強，將誘發(fā)大由于到達地表的紫外輻射增強，將誘發(fā)大氣對流

19、層中的光化學反應而增大對流層臭氧濃氣對流層中的光化學反應而增大對流層臭氧濃度。據(jù)計算，平流層臭氧每減少度。據(jù)計算，平流層臭氧每減少1%1%，地面臭氧，地面臭氧煙霧就會增加煙霧就會增加2%2%。這種富臭氧的光化學煙霧將。這種富臭氧的光化學煙霧將對人類的生存環(huán)境發(fā)生一系列的嚴重影響。對人類的生存環(huán)境發(fā)生一系列的嚴重影響。 首先：首先：過量的臭氧會嚴重地傷害人的呼吸過量的臭氧會嚴重地傷害人的呼吸器官。研究結(jié)果表明，當空氣中臭氧濃度為器官。研究結(jié)果表明，當空氣中臭氧濃度為0.1ppm0.1ppm時，人的呼吸器官就會出現(xiàn)炎癥，若濃時，人的呼吸器官就會出現(xiàn)炎癥，若濃度增至度增至5ppm5ppm，將危及人的

20、生命。，將危及人的生命。 其次：其次：由于臭氧能加速大氣中由于臭氧能加速大氣中H2O2H2O2的形成，的形成，它將加劇酸雨的形成及危害。它將加劇酸雨的形成及危害。 第三：第三：臭氧煙霧能直接傷害植物，使植物臭氧煙霧能直接傷害植物，使植物植株矮小、衰弱，并使抵抗病蟲害的能力明顯植株矮小、衰弱，并使抵抗病蟲害的能力明顯下降，從而對農(nóng)作物就森林生態(tài)系統(tǒng)造成極大下降，從而對農(nóng)作物就森林生態(tài)系統(tǒng)造成極大的危害。的危害。 第四：第四：對流層中增加的臭氧及過氧化物，將對流層中增加的臭氧及過氧化物，將使聚合物材料如橡膠、塑料等制品迅速老化，造使聚合物材料如橡膠、塑料等制品迅速老化，造成許多不應有的經(jīng)濟損失。還

21、應該指出的是，伴成許多不應有的經(jīng)濟損失。還應該指出的是，伴隨大氣中臭氧濃度的變化和臭氧在大氣層中的重隨大氣中臭氧濃度的變化和臭氧在大氣層中的重新分布，太陽輻射到地表的能量流將發(fā)生改變新分布，太陽輻射到地表的能量流將發(fā)生改變。 第四節(jié)第四節(jié) 臭氧層的保護與思考臭氧層的保護與思考 臭氧層遭到破壞的主要原因就是人大量的使臭氧層遭到破壞的主要原因就是人大量的使用用CFCs，每年的產(chǎn)量高達，每年的產(chǎn)量高達200萬噸。在過去的萬噸。在過去的20年里，人們?yōu)楸Ｗo臭氧層作了很多努力，其中年里，人們?yōu)楸Ｗo臭氧層作了很多努力，其中主要是大力減少對臭氧層有破壞作用的氣體的主要是大力減少對臭氧層有破壞作用的氣體的排放

22、，其主要成分就是排放，其主要成分就是CFCs。 1987年年9月，月，46個國家的代表在蒙特利爾個國家的代表在蒙特利爾通過了關(guān)于保護臭氧層的通過了關(guān)于保護臭氧層的蒙特利爾議定蒙特利爾議定書書，該議定書規(guī)定成員組織將凍結(jié)并依照，該議定書規(guī)定成員組織將凍結(jié)并依照所見時間表來減少五種氟氯烴的生產(chǎn)和消耗，所見時間表來減少五種氟氯烴的生產(chǎn)和消耗，凍結(jié)并減少三種溴代物的生產(chǎn)和消耗。凍結(jié)并減少三種溴代物的生產(chǎn)和消耗。 1990年、年、1992年、年、1995年，又分別在倫敦、年，又分別在倫敦、哥本哈根、維也納召開的哥本哈根、維也納召開的議定書議定書締約國締約國第二次、第三次與第七次會議上三次修正了第二次、第

23、三次與第七次會議上三次修正了議定書。到議定書。到1996年，年， 受控制的物質(zhì)已經(jīng)擴展受控制的物質(zhì)已經(jīng)擴展為：為：氟氯化碳、哈龍、四氯化碳、甲基氯仿、氟氯化碳、哈龍、四氯化碳、甲基氯仿、氟氯烴氟氯烴和和甲基溴等甲基溴等，禁止使用的時間限制也，禁止使用的時間限制也不斷提前。不斷提前。 到到1993年底，根據(jù)上報數(shù)據(jù)的締約國統(tǒng)計，年底，根據(jù)上報數(shù)據(jù)的締約國統(tǒng)計，使用哈龍、氟氯化碳的總量比使用哈龍、氟氯化碳的總量比1986年下降了年下降了58%，在此期間受控物質(zhì)的替代產(chǎn)品與替代技，在此期間受控物質(zhì)的替代產(chǎn)品與替代技術(shù)也有了較快發(fā)展。術(shù)也有了較快發(fā)展。 在此期間，我國為保護臭氧層也作了許多在此期間，我國為保護臭氧層也作了許多工作，并于工作，并于1989年和年和1991年我國先后加入了年我國先后加入了維也納公約維也納公約和和蒙特利爾議定書蒙特利爾議定書。我國。我國已成立了國家保護臭氧層領(lǐng)導小組，制定了國已成立了國家保護臭氧層領(lǐng)導小組，制定了國家方案和各行業(yè)淘汰戰(zhàn)略，到家方案和各行業(yè)淘汰戰(zhàn)略，到1995年，以淘汰年，以淘汰消耗臭氧層物質(zhì)消耗臭氧層物質(zhì)6000噸。噸。 不管臭氧層的破壞是不是主要由人類活動造不管臭氧層的破壞是不是主要由人類活動造成的，我們都應該清楚地認識到，如果我們失成的，我們都應該清楚地認識到，如果我們失去了這層去了這層“保護傘保護傘”將意味著什么，畢竟我們將意味著什