臭氧層與生命 -資料

　　1995年諾貝爾化學(xué)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(xué)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(xué)及測量技術(shù)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(xué)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(yán)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(guān)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(gòu)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(guān)。

　　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(xué)進化乃至生命誕生的化學(xué)反應(yīng)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(yán)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(xué)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(xué)反應(yīng)。

　　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(zāi)，在這嚴(yán)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(dāng)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.msguai.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(dāng)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(jì)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(dāng)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(yán)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(xué)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(yán)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(yīng)，從而導(dǎo)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(jì)人類定會為保護臭氧層做出卓有成效的努力。

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