臭氧在大气过程中的作用

臭氧在大气物理过程中的作用

臭氧（O3），是氧气的同素异形体，在常温下是具有特殊气味的淡蓝色气体。臭氧主要存在于距地球表面20~35公里的同温层，也就是对流层顶部至平流层中下层区域下部的臭氧层中。在常温常压下稳定性较差，可自行分解为氧气。臭氧又可以通过电击形成氧气。

说起臭氧，其实它是一把双刃剑。它的一大益处众所周知，就是它阻挡了强紫外辐射到达地面，因它对0.2~0.29μm的太阳辐射有强烈的吸收作用，所以作为大气中最重要的微量成分，它保护了地球上的生命。研究表明，过多的紫外辐射主要影响眼睛和皮肤，引起急性角膜炎和结膜炎、慢性白内障等眼疾，导致皮肤老化，出现皱纹、雀斑等，而且它还有足够的能量使包括DNA在内的重要生物分子降解，并最终诱发皮肤癌等恶性疾病；而且强紫外辐射还能危害农作物和水生生态系统。可以说，如果没有大气臭氧层的保护，地球上的生命就无法存在。

此外，它还有另一个优点，臭氧层吸收的太阳紫外辐射能量使平流层大气增温，对平流层的温度场和大气环流起着决定性作用，如果平流层臭氧浓度下降，将引起平流层上部温度下降，平流层下部和对流层温度上升。因此，臭氧层对建立大气的垂直温度结构和大气的辐射平衡起重要作用。臭氧层吸收了部分太阳辐射能，估计能使地面的平均温度降低1~2℃。

但是，位于不同圈层的臭氧起到的作用会完全不同。处在对流层中的臭氧就会对生命造成危害。对流层中的臭氧含量约占大气臭氧总量的10%，虽然含量很低，但它的浓度的增加目前已越来越引起人们的注意。臭氧是一种强氧化剂，在许多大气污染物的转化过程中起重要的作用。它能促进二氧化硫的氧化及氮氧化物的转化，而这些过程正是酸雨和光化学烟雾的主要成因之一。另一方面，臭氧在红外波段的9.6μm附近有一个很强的吸收带，因此它又是能使低层大气增温的重要的温室气体。

此外，地表附近的臭氧本身就是一种重要的污染物，其浓度的增加会直接危害生态环境。高浓度的臭氧（超过300μm／m³）会刺激人和动物的深部呼吸道粘膜和组织，也是造成一些地区森林大片死亡的原因之一。

1985年，英国南极站的大气科学家发现了南极上空的臭氧空洞，直到现在，全球平流层臭氧的变化和南极臭氧洞的问题一直是当前大气观测和研究的重要课题。目前公认的原因有两个，一是大气动力学原因，这个过程本身不会破坏臭氧，但它能将臭氧重新分布；另外，特殊的气象条件（极涡、严寒、平流层云等）能促进化学原因对臭氧的破坏。二是大气化学的原因，平流层上部强烈的太阳紫外辐射使氟氯化碳分解，释放出氯原子，这些氯原子能够拍破坏臭氧。