钱江晚报·小时新闻记者 郑琳
最近，有不少地方都报道了与臭氧防治有关的消息，这就让很多同学疑惑：啥是臭氧污染？
每年的9月16日，都是国际臭氧层保护日。臭氧对地球的保护作用，也备受人类推崇。那为何，现在又要防治臭氧？臭氧层对地球到底有什么重要作用？本期科学汇，我们邀请钱学森学校（初中部）科学教研组的老师，为我们讲一讲臭氧层与人类的关系。
好比是亲兄弟关系
臭氧和氧气是同素异形体
同学们在中学科学课中肯定都学过一个基本知识点：氧气是生命不可或缺的物质，普通的氧气分子是由2个氧原子组成的。那么，臭氧又是什么呢？实际上，臭氧分子是3个氧原子结合成的，比氧气分子还多一个氧原子。至于为啥多了这一个氧原子后，它就变“臭”了，我们还得从它被人类发现的初期说起。
人类认识臭氧是在160多年前，有一位叫舒贝因的德国科学家，在做水电解实验时，闻到了一股特殊的鱼腥臭味，这种气味与闪电发生后空气中产生的气味相似。
基于这个发现，在1839年的巴塞尔自然科学大会上，舒贝因作了一篇题为“水解过程中阳极产生气味”的报告，肯定并命名了“臭氧”。1840年，他正式向慕尼黑科学院提交报告，宣布发现臭氧。于是，这位德国博士就被公认为臭氧之父。
又过了20多年，瑞士化学家索雷提出，臭氧是氧气的一种新形式，使得臭氧成为第一个被认定的“同素异形体”，这也就确认了氧气和臭氧之间的兄弟关系。而在自然界中，类似的同素异形体还有很多，例如碳的同素异形体有金刚石、石墨；磷的同素异形体有红磷、白磷，等等。
那什么是同素异形体呢？就比方3个氧原子组成的臭氧和2个氧原子组成的氧气，就是氧元素的同素异形体。多了一个氧分子的臭氧，又有什么特性？相比普通的氧分子，臭氧具有极强的氧化性和杀菌性能，是自然界最强的氧化剂之一。并且，臭氧在反应之后生成的是氧气，无污染又高效，所以有很广泛的工业用途。
此外，大家是否已经注意到上面说的，舒贝因发现臭氧时，是先和闪电联系在了一起。确实，在雷雨天里，空气中会自然形成微量的臭氧。而在距离地表20-35公里的大气平流层，臭氧浓度比较高，这里就是臭氧层。那么，这层包围着地球的臭氧层又是怎么形成的？
这就又要提及紫外线了。
臭氧层中的臭氧主要是紫外线制造出来的。太阳光中的紫外线分为长波和短波两种，当氧气受到短波紫外线照射时，氧分子会分解成氧原子，这些“走散”了的氧原子与其他氧气分子结合，就产生了臭氧。由于臭氧的密度比氧气大，于是就会逐渐向底层降落。降落过程中随着温度上升，臭氧的不稳定性就变得明显，再受到长波紫外线的照射，又会还原成普通的氧气。
正是臭氧和氧气相互转换逐渐达到了动态平衡，平流层便形成了相对稳定的臭氧层。
臭氧层能阻挡紫外线
还加热大气并形成了平流层
大家肯定都听说过，臭氧层是地球阻挡紫外线的重要一环。但上面又提及，臭氧层中的臭氧是紫外线制造出来的。这“相爱相杀”的情况，不是很矛盾吗？我们为何又要如此重视臭氧层的存在？紫外线到底会对我们产生什么影响？
因为臭氧层确实可谓是地球生物的“保护罩”——它吸收了大量紫外线，保护地球上的生命免受紫外线的伤害。如果臭氧层耗减1%，地面遭受紫外线的辐射量就会增加2%。紫外线辐射增加会导致什么后果呢？比如，人类会得皮肤癌，农作物叶片会受损、产量减少，还可能杀死水中的微生物，造成某些物种的灭绝。
但臭氧层并不可能完全阻挡紫外线。被称为UVB的紫外线，对皮肤杀伤性极强，在户外被UVB直晒1-2小时，皮肤就会红肿、发热、刺痛，然后形成类似烧烫伤的水泡，还会脱皮、糜烂。所以大家平时涂防晒霜，最主要就是防紫外线。而臭氧层，大约阻挡了太阳光中95%的UVB。此外，已有研究表明，长期暴露于强紫外线的辐射下，会导致细胞内的DNA改变，免疫系统机能减退，抵抗疾病的能力下降。
所以，假如没有臭氧层的阻拦，生命就无法在地球上繁荣昌盛了。
除了阻挡紫外线，臭氧层还加热了大气。臭氧吸收太阳光中的紫外线并将其转换为热能，由于这种作用，大气层中产生了一个特殊的“平流层”。
大家知道，在贴近地表的大气对流层里，温度是随着高度上升而降低的，但是距离地表10-50公里的地方，情况却相反。正是因为臭氧的存在，使得这一层大气在50公里处反而是温度最高的。由于这种特殊的温度结构，上暖下凉，大气不对流，平流层才得以存在。我们的民航飞机都要飞到平流层飞行，才不会遭受过多的气流从而引发剧烈颠簸。
而目前已知的，地球以外的星球由于不存在臭氧和氧气，所以也就不存在平流层。
臭氧身板很单薄
人类要保护它
臭氧到底是什么味道？这种味道，大家可以在家里的消毒碗柜消毒结束后，去尝试闻一闻。为啥用臭氧消毒？因为臭氧有极强的氧化能力，在一定浓度下能与细菌、病毒、病原体等微生物产生生化反应。且它具有很高的能量，在常温、常压下很快自行分解为氧和单个氧原子，单个氧原子具有很强的活性，对细菌、病毒、病原体等微生物具有较强的氧化作用。所以例如消毒柜在消毒进行时，其中的臭氧发生装置会产生一定量的臭氧，在相对密闭的环境下，它扩散均匀、通透性好，就克服了紫外线杀菌存在的消毒死角的问题。
再来看自然界中的臭氧，它在大气中虽然分布很广，还有浓度较高的“臭氧层”，但其实它们的总量并没有很多。如果按照一个标准大气压进行换算，臭氧层的厚度竟然只有3毫米。更糟糕的是，由于人类工业化的污染，臭氧层变薄了，甚至在南极上空出现了空洞。那这个臭氧空洞是如何形成的呢？原来，罪魁祸首是“氟利昂”。
氟利昂是氢原子被氟原子或氯原子取代的碳氢化合物，1928年被开发用于制冷剂或溶剂。随着社会发展，冷藏、冷冻设备普及，氟利昂的生产、流通和使用爆炸式增长。
氟利昂为什么会危害臭氧层？因为氟利昂被排放入大气后，进入平流层，它们在紫外线照射下会释放出氯原子和氟原子，这些原子又会和臭氧中的氧原子反应，从而消耗掉了臭氧。
1985年，南极臭氧空洞被首次发现后，全世界都震惊了，迅速采取行动，28个国家签署了保护臭氧层的协议。1987年，196个国家和欧洲联盟签署了关于消耗臭氧层物质的“蒙特利尔协定书”，逐步淘汰造成臭氧层破坏的化学品。
人类的积极行动，有利于修复南极臭氧空洞，不过它的愈合过程是很漫长的。自2000年以来，臭氧层以每10年1-3%的速度恢复。按照这种趋势，中纬度地区和北极上空的臭氧层，有望在本世纪中叶以前恢复到1980年的基准水平。
不过，据报道，在近地面，臭氧含量过多的话就会危害人体健康，对眼睛有强烈的局部刺激作用，使视觉敏感度和视力降低，同时也会强烈刺激鼻、咽、喉、气管等呼吸器官，造成肺功能改变，哮喘加重，导致上呼吸道疾病恶化。
臭氧是一种强氧化剂，其在植物表面，通过气孔扩散入理，会导致植物叶片枯黄，影响光合作用，不仅表观上造成影响，如果是农作物还会影响产量和品质。
而且，夏季是臭氧污染的高发期。北京市环境科学院大气污染防治研究所副所长黄玉虎说，挥发性有机物可与氮氧化物，在紫外光照射的条件下，发生一系列光化学链式反应，提高大气的氧化性，引起地表臭氧浓度的增加，又加速二次细颗粒物的生成，这也是夏天更容易臭氧超标的原因。
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