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臭氧 ,分子量 47.9982  ,氧气分子量 32  。

按理说臭氧比氧气重 ,应该更靠近地面 ,为何地球上大部分臭氧都在平流层?岂非在牛顿万有引力理论统治下的天下 ,尚有特殊的保存 。那么这里就涉及大气层中的臭 氧-氧气循环 ,让我们来一起相识下 。

一、臭氧层

大气中臭氧含量最高的地方是平流层 ,即离地面约10至50公里(或约6至31英里)处的臭氧层 。然而 ,纵然在这一“层”中 ,臭氧浓度也只有百万分之二到 八 ,以是那里的大大都氧照旧以双氧的形式保存 ,也就是O2 ,体积约莫是百万分之210,000 。

只管臭氧层中的臭氧浓度很是小 ,但它对生命至关主要 ,由于它吸收了来自太阳的对生物有害的紫外线(UV)辐射 。氮气会滤除极短或真空的紫外线 (10–100 nm) 。能够穿透氮的紫外线凭证其波长可分为三类 。这些被称为UV-A(400-315 nm) ,UV-B(315-280 nm)和UV-C(280-100 nm) 。

二、臭氧-氧气循环

臭氧-氧气循环是指臭氧在地球同温层一直地再生 ,将紫外线转化为热量的历程 。1930年 ,Sydney Chapman解决了其中的化学问题 。这个历程通常被 大气科学家称为查普曼循环 。

臭氧爆发和破损的历程 ,最先于分子氧的光解:

一个氧分子被较高频率的紫外线(UV-B ,UV-C或更高的紫外线)破碎(光解)成两个氧原子

O2 +?ν → 2O

然后氧原子与另一个氧分子反应形成臭氧

O + O2 + M → O3 + M

其中“ M”体现带走反应多余能量的第三体

臭氧分子然后可以吸收UV-C光子并解离

O3 →O +O2 +动能

当氧原子和氧分子飞散并与其他分子碰撞时 ,多余的动能会加热平流层 。紫外线到动能的这种转化使平流层变暖 。臭氧的光解历程中爆发的氧原子然后与 其他氧分子爆发反应 ,就像之前的办法一样 ,形成更多的臭氧 。

需注重 ,在空气中只有氮气和氧气时 ,臭氧才华与原子氧反应形成两个氧分子

O3 + O → 2O2

因此 ,可以简朴地通过接纳 O2 与 O3 的浓度比来找到该终止办法对原子氧循环回臭氧的大致速率 。

不过某些自由基的保存可催化终止反应 ,其中最主要的自由基是羟基(OH) ,一氧化氮(NO)和原子氯(Cl)和溴(Br) 。这些高度稳固的化合物能够 在上升到平流层时存活下来 ,其中 Cl 和 Br 自由基在紫外线的作用下释放 。然后每个自由基可以自由地引发和催化剖析凌驾100,000个臭氧分子的连锁反应 。

三、臭氧层对康健的主要作用

臭氧层(吸收约200 nm至310 nm ,最大吸收约250 nm)在筛选UV-B方面很是有用;关于波长为290 nm的辐射 ,大气层顶部的辐射强度是地球外貌 强度的3.5亿倍 。虽然UV-B辐射可能对皮肤有害 ,也是晒伤的主要缘故原由;太过袒露还会引起白内障 ,免疫系统抑制和基因受损 ,从而导致皮肤癌等问题 。 可是某些UV-B(尤其是其最长波长的UV-B)抵达外貌 ,关于皮肤爆发维生素D至关主要 。

UV-C对所有生物都很是有害 ,在约莫35公里(115,000英尺)的高度上 ,双氧(<200>约莫200 nm)的组合完全屏障了UV-C 。

臭氧对大大都UV-A都是透明的 ,因此 ,这种较长波长的UV辐射大部分抵达外貌 ,它组成抵达地球的大部分UV 。这种类型的紫外线辐射对DNA的危害要 小得多 ,只管它仍然可能潜在地导致物理损伤 ,皮肤过早老化 ,间接遗传损伤和皮肤癌 。

在20世纪下半叶 ,人们发明平流层中的臭氧量正在镌汰 ,这主要是由于氯氟烃(CFC)以及类似的氯化和溴化有机分子的浓度增添 。这种下降导致对康健 的影响的担心 ,1987年告竣国际协议《蒙特利尔议定书》 ,榨取生产许多消耗臭氧层的化学品 ,并在21世纪的头十年和第二个十年最先恢复平流层臭氧浓度 。

参考内容:

'Measured Ozone Depletion'. Ozone-Information.com. Archived from the original on 2013-09-14 Hultman, G. Eric (1980-01-01). The Ozone Survival Manual. McGraw-Hill. ISBN 9780915498734

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