臭氧层空洞：形成与危害的深度探析

2023-11-23 理论教育版权反馈

【摘要】：然而，意想不到的是，这个被称为地球保护伞的臭氧层却遭到了破坏。2014年，美国航天局又发现南极臭氧层空洞的面积达到2990万平方公里，与北美洲面积相当。氟利昂的破坏作用有两个方面，一方面是它造成臭氧层的空洞，使紫外线长驱直入辐射到地面，对生物杀伤很大。

氧气是一种气体的化学元素，是地球上万物必需的养分，它与阳光和水构成生命存在的三个必不可缺的基本条件。长久以来，科学家们一直在探讨外星生命存在的可能性，其首要条件是考察是否有水或冰的存在，气层中是否含有氧气。由此可见，没有这三要素，生物是难于生存的，即使勉强出现了生命的痕迹，也是难于长期生存的。

在地球上，氧气分布极广，可以说到处都存在氧气。例如，地壳中含有48.6%的氧气（以氧化物存在），在大气中含有23%，在水中含有88.8%，人体中也含有65%的氧气。空气中的氧不断用于动物的新陈代谢，植物通过光合作用使二氧化碳转换为氧气，使氧气不断地产生循环，维持着各种生物的发育与生长。因此，无论是动物还是植物，一旦失去了氧气，都不能生存下去。

臭氧是氧气的同分异形体，为表示区别以O3表示，它是德国化学家舍拜恩于1840年发现的，因为在电解硫酸时释放出一种淡蓝色有草腥味的气体，故名为臭氧。这种气体主要存在于离地面20到50公里的大气层中，故称为臭氧层。这种气体含量极少，每立方米空气中大约只有千万分之几微克。但是，它却起着保护地球的作用，防止太阳发出的紫外线对动植物的杀伤。人们都有一种常识，在雷雨天，会感觉空气特别清新，就是因为在雷电时产生了臭氧。在医疗上使用的臭氧，是利用臭氧发生器制造的，它主要用于消毒、杀菌、治疗颈肩和腰椎间盘突出等病，具有非常好的疗效。

然而，意想不到的是，这个被称为地球保护伞的臭氧层却遭到了破坏。这个重大的发现，是美国化学家罗兰兹和穆连于1974年首次提出的。自20世纪70年代末，科学家们每年春天在南极考察臭氧层，于1994年他们发现了迄今最大的臭氧层空洞，面积为2400万平方公里，相当于整个欧洲的版图。2014年，美国航天局又发现南极臭氧层空洞的面积达到2990万平方公里，与北美洲面积相当。也就是说，国际社会虽然采取了某些措施，但不仅没有遏制对大气中臭氧层的破坏，反而使臭氧空洞的面积还在继续扩大，情况令人们忧虑。

那么，大气中臭氧层是怎样被破坏的呢？M·莫利纳是美国麻省理工学院的化学教授，他从小就是一个富有好奇心的人，喜欢做科学游戏。他对排放到大气中的化学物质产生了好奇，想探究它们在大气中会发生什么样的变化。他把排放到大气中的氟利昂与南极臭氧空洞联系起来，结果就发现氟利昂是破坏臭氧层的罪魁祸首。为此，他与S·罗兰兹、P·克里森共同获得了1995年度的诺贝尔化学奖。(www.chuimin.cn)

氟利昂的破坏作用有两个方面，一方面是它造成臭氧层的空洞，使紫外线长驱直入辐射到地面，对生物杀伤很大。紫外线只占太阳射线的5%，如果全部辐射到地面，那么地球的生命将毁灭殆尽，正是由于臭氧层的存在，从而挡住紫外线的辐射，所以臭氧层是地球的保护伞。实验证明，大气中的臭氧减少1%，辐射到地面的紫外线就会增加2%，从而导致皮肤癌、白内障病例的剧增。另一方面，大气中增加一个分子的氟利昂，相当于增加了9500个分子的二氧化碳，后者对增加温室效应非常大。

提起氟利昂，人们并不陌生，它是广泛应用在冰箱、冷冻柜、空调等家电中的冷冻剂。其实，氟利昂并不是一开始就是有害的化学物质，也曾经给人们带来许多好处。小托马斯·米奇利本是一名训练有素的工程师，后来他对化学工业产生了兴趣，致力于研究在工业上有实际应用的化学产品。在氟利昂冷冻剂发明以前，医院的冰柜是使用氨气、二氧化硫或是丙烷作为冷冻剂，但它们都是易燃、易爆炸的化学品。1929年，美国俄亥俄州克利夫兰一家医院的冰箱发生了氨气泄漏，导致超过100人丧生。

这一悲惨的事故激发了米奇利的创造灵感，他发誓要研制出稳定的、不易燃和无毒性的冷冻剂。为此，他遍寻了门捷列夫周期表中各个元素的特性，经过两年的努力研究，终于研制出了氟利昂系列制冷剂。氟利昂是freon的直译名称，是氟氯代甲烷和氟氯代乙烷的总称，这个系列总共有20多个产品，通常以符号“CFCl”表示。但是，其中最主要的是F-12（二氟二氯甲烷）和F-11（三氯一氟甲烷）。这些制冷剂是20世纪20年代发明的，到了80年代生产和实用达到了高峰，每年生产达到144万吨，这大概与普及家用冰箱有关。当发现F-12对臭氧的破坏作用以后，美国率先于1974年立法禁止生产和使用氟利昂冷冻剂，随后大多数国家也宣布禁止使用氟利昂，并于1988年制定了《保护臭氧层的维也纳公约》。但是，各个国家都是民族利己主义者，不少国家并没有遵守国际公约。而且，在公约颁布以前，人类已经向大气中排放了2000万吨F-12。要命的是，这种稳定性很高的氟利昂在大气中能够存在数百年，它将不断地对臭氧层进行破坏。

米奇利是一位天才的发明家，他先后发明了运用于汽油的抗爆震剂四乙基铅，运用于冰箱的制冷剂氟利昂（二氟二氯甲烷），这两种化学物质在各自的应用领域里曾经起到过划时代的作用。可是，随着社会的发展，以及它们副作用的被发现，从而解开了它们背后隐藏着的罪恶。于是，美国于1986年禁止生产、销售和使用含有四乙基铅抗爆震剂汽油。这是米奇利始料不及的，同时也说明有不少的科技发明成果也是一把双刃剑，它们有造福于人类的一面，也可能蕴藏有害的一面。因此，科学家们在从事发明创造的时候，要尽可能地预测到其研究成果的副作用，采取必要的措施，使悲剧不再重演。

臭氧层空洞：形成与危害的深度探析

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