紫外线逼近地球 吸收紫外线保护地球.docx
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紫外线逼近地球吸收紫外线保护地球
紫外线逼近地球吸收紫外线保护地球
一、臭氧与人类健康 臭氧是一种有刺鼻样臭味的气体，臭氧是从希腊字臭的意思（ozein）演变而来。
它是由3个氧原子组成（O3），呈蓝色，地球地表面的臭氧很少，它主要集聚在距地面50公里的大气层中，只有数毫米厚度，它的主要任务是吸收，过滤对人类、动物和植物有害的短波紫外线，是大自然及地球生灵和万物的保护伞、天然屏障。
同时，近地面臭氧浓度对人体健康又有影响，正如天气预报中说到的臭氧。
近几十年来，科学工作者在关注平流层臭氧的同时，也开始对对流层和近地面臭氧产生了极大的兴趣，这是人们越来越认识到对流层臭氧的重要性。
第一，臭氧在9.6μm波段大气红外窗区范围存在一个很强的红外吸收带，使对流层臭氧成为一种非常重要的温室气体。
经过观测研究表明：
目前对流层臭氧浓度大约为工业革命前的2倍多。
近20年，300nPa以下的对流层臭氧浓度有大约每年增加1%～2%的趋势。
臭氧浓度增加，其直接效果将是地表增温，与全球的变暖发生直接关系。
第二，臭氧是一种活性气体、在对流层大气化学过程中起着十分重要的作用。
如其光解产物OC（1D）与H2O反应是对流层OH自由基的最主要来源，OH几乎可与大气中所有物质作用，从而制约着许多物质在大气中的分布。
臭氧还是酸雨形成过程中液相氧化成酸反应的一种重要强氧化剂。
第三，近地面臭氧是人类生存环境的重要污染气体，地面臭氧浓度的增加轻者伤害人体健康，破坏森林，造成农作物减产，重者将造成空气污染急性作用事件，危及人畜的生命。
1.地面臭氧浓度的变化特征
1.1地面臭氧浓度日、逐日、季节变化
对流层臭氧的主要来源是平流层输入和对流层光化学反应，主要是干沉降和化学反应耗损。
对于受人为污染影响的地区，人类活动排放的多种污染气体是臭氧的前体物，臭氧是光化学二次污染物，与太阳辐射和天气过程有密切关系，因此导致近地面臭氧有日变化、逐日变化和季节变化，但是这种变化在污染地区和洁净地区是有很大差异的，夏、秋季的日变化比冬季要明显，城市日变化比洁净地区要明显。
产生上述变化差异的原因是因为城市光化学生成是臭氧的主要来源，日落后臭氧生成迅速停止，而NO含量仍然很高，使臭氧消耗得很快，因此城市夜间臭氧值就低，结果造成城市及近郊日均值和日均值低于洁净地区。
另外还有海拔高度和植被，例如河北兴隆臭氧均值高于北京，一是兴隆海拔900m，北京测点只有45m，兴隆臭氧浓度可能与臭氧垂直分布结构有关；二是兴隆周围有比较多的松树，臭氧值高可能与萜（音tie）烯类有机物排放有关，除此之外，臭氧还同太阳紫外辐射强度有关，相关系数则高达0.93，其二者满足关系公式：
M=6.07R+58.42，注：
式中的M为臭氧月平均体积分数（×10-9）,R为地面紫外辐射相对强度。
1.2地面臭氧浓度与气象条件的关系
地面臭氧浓度与气象条件有着密切的关系，一般认为：
降雨、降雪可使臭氧减少，大风可将城市污染严重的高臭氧浓度地区的臭氧输送到下风方向的洁净郊区，气温高可加快光化学反应速率，从而使臭氧浓度上升，湿度高臭氧值低，湿度低臭氧值高，逆温往往造成臭氧日变化双峰，雾散后会出现臭氧值迅速上升。
由于晴天光化学反应激烈，而阴雨（雪）对臭氧及其前体物有冲刷作用，因而造成晴天臭氧浓度高于阴雨（雪）天。
雨雪对臭氧浓度影响程度一般要视雨雪量的大小、过程长短、前体物浓度不同而异。
风向风速对臭氧有明显的影响，若测点附近有臭氧源，风速较大可使其迅速散开与周围空气充分混合而使当地臭氧浓度呈稳态低值。
若测点位于洁净地区，而上风方向有污染源，那么大风将把高浓度臭氧输入到洁净地区，使洁净地区臭氧浓度增大。
1.3地面臭氧与前体物的相互关系
地面臭氧的前体物有NOx、CO、NMHC、（即除甲烷外的各种烃类包括烯烃、炔烃、芳蔷烃等）目前在城市中上空已检测出上百种，这些都是来源于汽车尾气、石油、天然气开采，贮运过程中的排放和泄漏、石油化工、火力发电、冶金等工业过程。
由于一些条件的约束，科研人员在对臭氧进一步的研究中遇到很多问题，在野外很难进行单因子分析，据周秀骥等人认为，地面臭氧与NOx呈非线性关系，当NOx小于3×10-9时，臭氧浓度随NOx的增加而增大，当NOx大于3×10-9时，臭氧浓度随NOx增加反而下降，这是由于NOx浓度过大时，抑制了过氧基的生成，所以使臭氧浓度下降。
2.地面臭氧与人体健康
2.1臭氧对人体的危害及国家环境标准
空气中少量的臭氧使人有一种“新鲜”的感觉，臭氧有杀死某些细菌和微生物的能力，如果过量的臭氧对人体和生物都是有害的，下表是不同浓度的臭氧和暴露时间对人体健康产生的影响：
表1不同浓度的臭氧对人体健康的影响
2.2光化学烟雾事件
当空气中碳氢化合物、CO、NOx、O3或OH达到一定浓度时，受太阳光照作用，在适合的气象条件下即可形成光化学烟雾。
光化学烟雾的主要成分是硝酸氨、有机硝酸盐和复杂的有机化合物等。
光化学烟雾生成的化学过程极其复杂，首先要经过光化反应产生高浓度臭氧或OH自由基，然后才能产生光化学烟雾。
而OH基和臭氧的光化学产生过程及它们在大气中的浓度与氮氧化物和碳氢化合物的浓度密切相关。
因此，臭氧既是光化学烟雾形成的指标，又是光化学烟雾的组成部分。
在英国、澳大利亚、美国、日本、印度、意大利等国家均出现过历史不同期的这类烟雾事件，其中在美国的洛杉矶和英国的伦敦，都发生过典型的光化学烟雾事件。
特别是洛杉矶市一面面临大海，背靠大山的盆地之中，每年有约300天都会出现逆温，洛杉矶还是一座汽车城，每天汽车排放约1000多吨碳氢化物及NOx。
严重的一次该市上空逆温频频，烟雾扩散不开，臭氧高峰浓度高达1×10-6,许多人引起鼻眼红肿，喉头发炎和头痛等病症。
在伦敦历史最严重的一次，天空有弥漫的大雾，逆温在40-150m低空，污染雾无法扩散被压在大气下层，雾期长达一周，市区内有2484人死亡，死者年龄以45岁以上居多，尤为显著的是65岁以上的老年人，主要死亡原因是心脏病、慢性支气管炎和支气管肺炎。
欧美工业发达国家近地面臭氧非常严重的超标，目前每年美国用于研究控制地面臭氧的经费高达几十亿美元。
中国历史上也曾在甘肃省兰州西固区观测到0.4×10-6。
地面臭氧值最高的一次，随着中国的改革开放和工业的发展，特别是汽车工业的迅猛崛起及乡镇工业的遍地开花，这些必然会带来新的污染问题，我们应该接受历史的教训，防患于未然，在生产发展进步的同时，不要忘记完善的治理和预防。
二、臭氧层――地球的天然屏障
以上关于臭氧对人体的害处，主要是近地面臭氧。
然而，人类生活和居住的地球却依赖平流层中的臭氧层的保护，臭氧层是臭氧构筑成吸收太阳释放紫外线的一道防线。
臭氧层中臭氧的浓度小于200DU的区域，即定为臭氧洞，正常的臭氧层臭氧浓度应在250DU以上，南极上空的臭氧值小于200DU（道勃逊单位DU是臭氧浓度的单位，100DU相当于地平面处，有1毫米厚度的纯臭氧层）的区域为臭氧洞。
德国科学家在北极上空也发现了臭氧层空洞，面积是南极臭氧层洞的五分之一大，约为187万平方公里的面积。
南极和北极的臭氧层空洞加在一起大约为2300万平方公里的面积，这个大洞相当于地球上两个美国和一个伊朗的领土加起来那么大。
更令人惊叹的是，1999年在中国青藏高原拉萨地区的上空。
又发现了臭氧层的低值区，臭氧总量比同纬度要低11%，而且，以每年平均0.35%递减率下降，这是世界上第一次发展在中低纬度地区，有明显的臭氧总量异常低值区。
虽然中国的青藏高原上空臭氧耗损不如南极臭氧空洞那么严重，但是，由于中低纬度地区人口较多和居住密集，高空臭氧含量减少，将直接给更多的人和动植物带来危害。
太阳的紫外线一天天逼近地球，逼近人类，逼近动植物。
那么谁来补这个“洞”呢？
解铃还需系铃人，如果说“女娲”，还不如说今天的人类自己。
臭氧空洞是人类造成的，是全球性的重大环境问题，需全世界、全人类共同来解决。
首先是必须制定出一个国际协议，共同保护臭氧层。
那么人类如何来补天，臭氧层空洞是怎么破坏的呢？
罪魁祸首是谁？
这一连串的问题都是值得人们深思的。
三、氟氯烃是臭氧的天敌
氟氯烃是臭氧的天敌，据统计发达国家是全球制造，使用和排放者。
全世界每年生产氟氯烃化合物大约100万吨，而美国和欧洲共同体国家，每年生产氟氯烃就占世界总量的四分之三。
因此说来臭氧层空洞的出现主要是那些发达国家造成的，说的再明白一些，其罪魁祸首就是我们人类自己。
首先人类要减少和生产、使用氟氯烃，以此来挽救和延缓臭氧洞的扩散速度，地球上的生灵晚些时候被紫外线杀死。
氟氯烃化合物（CHC），在人们的生活中应用很广，用来做制冷剂，喷雾剂，发泡剂和清洗剂的原料，它大量的生产和应用，严重破环了臭氧层。
百姓最常见的，而且家家都用的电冰箱、空调器、发胶等，里面都有破坏臭氧层的氟氯烃。
所以说，是人类在自己慢性自杀……
四、紫外线
人们生活在地球上接收着日光的照射，其中包括紫外线照射（ultravioletradiation）。
有一句俗话说“万物生长靠太阳”，的确，人类生长更离不开太阳。
日光对大自然、人类、动物和植物的生存，繁衍起着不可替代的、不可置疑的极其重要的作用。
人类的皮肤在全身面积最大，重量也最重，它的重要作用就是抵御外界各种物理、化学、机械和衍生物对机体的侵袭，保证人的正常健康、生存。
紫外线照射皮肤过量，会导致发生很多疾病，日光是一个大的光谱，其中最短的是紫外线，中间是可见光线，最长的是红外线。
紫外线根据它的波长可以分为三个波段：
即波长在315～400nm的长波紫外线（UVA），波长在280～315nm的中波紫外线（UVB），波长在100～280nm的短波紫外线（UVC）。
UVA可以穿过真皮，UVB可以进入真皮，而UVC只能达到真皮表面，紫外线的波长越短对人类皮肤的危害越大。
紫外线中的短波紫外线几乎是99%被太空中的臭氧层所吸收，只有1％照射到地球的表面。
在地球大气层外，太阳紫外总辐射照度为113.2wm-2，占太阳总辐射的8.3%左右，按其波长所划分的三个波段，它们大约分别占太阳紫外总辐射的74%、17%和6%。
紫外线辐射经过大气层受到吸收、散射以及云和地表反射等损失，到达地表时已被大大地削弱了，同时谱分布也发生了很大的变化，UVA约占97%，UVB约占3%，而UVC近乎约占于零。
自70年代发现臭氧层变薄直到南极发现臭氧洞，研究表明，臭氧层的损耗，将导致地面紫外线的明显增加。
1.太阳紫外辐射变化因子与地面影响
1.1天文因子
由于地球自转使得地球表面紫外线辐射强度与太阳总辐射一样，具有明显日变化和季节、年变化特征，如中国的藏北高原7月份晴天中午UV（295～395nm）辅照度可达40-50wm-2，而6点和18点仅为7wm-2左右，而上、下午辐照强度基本一样，日变幅远大于日平均值。
一年里、6月和7月辐射大，12月和1月最小，日总量月均值分别为1WJ/m-2和0.4WJ/m-2左右。
UV占总射的比值一般稳定在4%～5%范围。
1.2地理因子
低纬度紫外辐照值大于高纬度。
通常UV强度随海拔高度增加而增加，但并非线性，不同的高度和不同的地区段差别很大。
1.3云
云对地表UV辐射的重要性是被公认的，透过云的紫外辐射依赖云高、云类型及其光学厚度，并与地表反照率有极大关系，当光学厚度为5、10和80时，其对紫外线减弱分别约35%、50%和90%。
1.4臭氧柱总量和垂直分布
臭氧在紫外波段有哈特莱和赫金斯两个强吸收带，是紫外线辐射到地面的重要因子，若臭氧总量减少50%，则到达地面的紫外线在290nm波长处将增加3个量级，可随波长增加迅速下降；至320NM处增加仅不到一倍。
同等臭氧量若分布在对流层比在平流层能更有效地吸收紫外线辐射。
1.5地面反照率
根据模式计算表明，反照率低于10%，相应紫外增强小于4%，且依赖于波长，而冰面和雪面反照率较大（～80%），增强小于可达40%。
2.UV辐射的变化趋势
由于历史的估计背景资料缺乏，仪器不同又缺少统一的定标，加上气溶胶、云量、对流层臭氧和污染物变化的干扰，很难对UV的长期趋势进行评估。
直接测量表明，南极上空臭氧空洞期间UV水平有明显增加，北半球中纬度地区UV增加较少，据估算结果表明，现两个半球中、高纬度地区UVB有明显增加，但在热带地区则变化很小，若完全遵循蒙特利尔公约及其修正案，可望平流层氯在上世纪未达到峰值，臭氧耗损峰值也在随后几年出现，全球预计UV水平现已达到最高峰，臭氧层有望在今后50年中逐步的恢复、并接近原耗损前的水平。
五、紫外线的辐射对人类健康的影响
紫外线对人类的健康影响程度要看臭氧层的保护情况，同时也取决于紫外线的强度，波长、辐射时间及自身防卫机制等。
UVB辐射增加将对人类的皮肤，眼睛有害，它能伤害人的眼角膜和晶状体，增加光射性结膜炎、角膜炎、白内障等眼疾病的发生。
UV过量照射会损害DNA，造成基因突变，使皮肤癌大增，据预计，平流层臭氧损耗每增加1%，人类的白内障眼病便增加0.6%～0.8％，而对紫外线敏感的白皮肤人群，非黑瘤皮肤癌（NMSC）的发病率增长2%。
再由于免疫系统的某种成分存在于皮肤中，因此，过量UV线照射会降低对皮肤癌、传染物及其它疾病抗原的免疫反应，造成免疫功能出现系统的变化，导致各种疾病的发生。
六、紫外线辐射与人类疾病
由于大气中氟氯烃、氧化氮等污染源不断增多，大气中的平流层中的臭氧层遭到不同程度的破坏，太阳的紫外线辐射的强度增加，给人类、动物、植物和大自然带来了杀伤力，紫外线正逼近地球，特别是人类将面临着疾病的困扰。
1.UVB辐射与眼病
因UVB辐射而导致眼病――白内障，白内障使人眼中晶状体变得混浊而不透明，最后有可能导致失明。
据世界卫生组织（WHO）早在1985年估计，当时世界的白内障造成失明的人数为1700万病例，约占总白内障人数3500万人中的一半。
白内障又分老年性白内障、发育性白内障、并发性白内障等等，据研究表明，已发现皮质白内障的增加率对室外工作者为1.75，对在阳光下休闲者为1.45，同时混合性白内障也有增加，但对核性白内障却没有增加。
2.UVB辐射与皮肤病
日光中的中波UVB会使正常人产生红斑，轻者皮肤出现水肿性红斑，重者会出现大疱和水疱，还可能出现休克、发热、畏寒、心悸、头昏、恶心等症。
还会得非黑瘤皮肤癌（NMSC），NMSC分两大类：
一类是基底细胞癌（BCC），另一类是鳞状细胞癌（SCC）。
BCC死亡率较低，SCC死亡率较高（因为易转移、扩散）。
鳞状细胞癌（SCC）与UVB辐射之间有一种明确关系，其发病部位主要出现在被阳光暴晒的手上、脸上、脖子上，胳臂、小腿上，其前期病叫日光性角化症。
其人群在太阳最强烈的地区、白色人种、野外工作者、爱穿短衣、短裤者。
而基底细胞癌（Bcc）则多数为面部、耳部和手背等处。
据估算得知，平流层臭氧可减少1%，非黑瘤皮肤癌（NMSC）便增加2%，臭氧层减少5%，将会使美国的白种人每年增加8000例皮肤癌，死亡增加3000例，每年全世界新增病例120万，这就相当于评价每年臭氧浓度减少10%。
1989年美国统计出皮肤癌新增病例约260万例。
3.黑瘤（ＣM）
皮肤黑瘤是黑色素细胞（即在哺乳动物表皮中的色素生产细胞）转变成瘤的结果。
人类患黑瘤有四大类：
①表面扩展黑瘤（SSM），②恶性小痣黑瘤（LMM），③结节状黑瘤（NM），④未归类黑瘤。
LMM也称泰生氏黑变病雀斑。
皮肤黑瘤与UV照射有关，其中LMM的病因与NMSC类似，而NMSC就是由UV照射诱发的，SSM和NM的病因似乎不同，但仍与UV照射有关，据研究，SSM和NM具有如下特征：
（A）白皮肤对日晒更敏感，更容易病变，若色素在这些人身上不正常，即雀斑、痣和非典型痣很易发生病变。
（B）15-20岁之前，童年期在高剂量的太阳辐射和可能的特强间隙性辐射，极易发病并且增加痣的数目。
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（C）环境UV水平（如纬度梯度）和敏感人群中的CM之间有正相关。
（D）在太阳辐射皮肤中出现N-ras基因突变，位于SSM和NM中双嘧啶部位，即DNA中UVB辐射的目标位置.
4.UV-B辐射增加对免疫系统的影响
人类免疫系统帮助保持身体健康，保护人体免受传染病和某些癌的侵犯，若免疫系统失衡，能导致过敏症、炎症及自体免疫系统疾病。
皮肤是一个重要的免疫器官，免疫系统的某些成份存在皮肤中，使得免疫系统易受UV辐射的影响。
皮肤暴露于UV辐射下能扰乱系统免疫力。
临床资料表明，人工和自然源的UV-B辐射对人和实验动物的照射能局部地（太阳照射处）和系统地改变免疫系统，主要通过减少细胞免疫反应。
研究表明，UV-B辐射的免疫抑制作用导致皮肤癌，同时也易引起一些传染病和其它疾病，如：
UV辐射具有激活人体中单纯疹病毒（HSV）感染的能力，导致一些疾病，鼠身上的试验表明，UV辐射加速艾滋病这种免疫缺乏病的进程，虽然在人身上还没有病例支持这一可能性。
UV辐射能激活那些直接受到照射的细胞中潜伏的病毒，如乳状瘤病毒、单纯疹病毒及可能出现在表皮郎格罕氏细胞中的HIV,感染HIV的病人在感染早期受UV辐射可能加速艾滋病的进程，但到目前为上，仍是实验室结果，尚无临床验证。
UV-B引起的免疫抑制对利什曼病、疟疾和旋毛虫的发病有影响，对一些细菌，真菌的传染亦有影响。
UV-B通过其衰减细胞间介免疫力的功能，减弱某些形式的自体免疫力。
UV-B常被用来治疗某些皮肤病，如牛皮癣，此病似乎有免疫的成份。
另一方面，一种自体免疫疾病（系统性红斑狼疮）为UV辐射所加重。
而且，UV与某些光照变异性疾病和光照过敏性疾病的病因有关。
因此，UV-B辐射对自体免疫疾病和其它疾病似乎具有多变的甚至相反的作用。
目前对它的作用不能做出任何判断。
UV辐射能抑制某些免疫反应产生，造成人体免疫功能系统的改变，目前的研究尚不成熟，许多研究结论大多在动物身上试验获得，这些研究结论在对人类疾病诊断指导上有重要意义。
七、呼唤蓝天！
呼唤人类！
人类拥有一个地球，地球拥有一片蓝天，蓝天只有一个臭氧层，臭氧层才是地球、人类、大自然、动植物的呵护使者。
保护臭氧层，拥有一切，要想让我们的蓝天更蓝，人类要付出对蓝天的爱。
如果一味地乱砍滥伐、过渡放牧、严重污染，地球的生态系统就会遭到无情的破坏。
太阳的紫外线终会有一天透过臭氧层，直射地球，将地球上所有的生命杀死。
保护地球，保护人类、保护动植物，是人类的责任。
女娲补天永远是神话，臭氧层空洞却是事实，就是女娲在世，也整救不了人类，只有人类救自己，人是破坏臭氧层的罪魁祸首，呼吁人类救救自己吧……
全世界到2060年为保护臭氧层所需花费达2350亿美元。
如果不投入这笔钱，使臭氧层继续遭到破坏，那么到2060年就得花费4590亿美元来补救，而且还要死亡数亿人。
投入这笔钱可减少2050万例皮肤癌和1.8亿白内障患者。
破坏臭氧层很容易，保护臭氧层却要付出代价，并且是任重道远。
☆
（责编：
寒冰）
（本文所用图片均由中国科学院大气物理研究所提供）
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