[探秘]12月文章:臭氧层空洞与大气逃逸
《探秘》杂志第12期封面
臭氧是由三个氧原子组成的同素异形体，略带臭味，因此被称为臭氧。它具有极强的氧化力，在化学工业中非常有用。用臭氧来消毒饮用水或用作漂白剂，不会遗留任何有害残余物质。
臭氧是组成大气的微量气体之一，它的含量只占大气的万分之几，约相当于地面大气几个毫米的厚度。臭氧主要分布在15—50公里的高空大气层，最大密度出现在16—26公里
的高度范围内，我们一般称之为臭氧层。虽然臭氧的含量很少，臭氧层对保护地球生命和对气候的影响却是非常重要的。臭氧能强烈地吸收太阳光的紫外线，保护地面的生物机体免受紫外线的伤害。臭氧层吸收的太阳紫外线，占太阳辐射能量的1.1%，因此臭氧层的改变，会对气候产生重要影响。臭氧层中的臭氧密度随季节而变化，一般是春季最少。从1970年以来，发现在每年的10月份左右(南极的春季)，在南极地区臭氧含量会突然减少30%—40%，形成“臭氧洞”。观测表明，臭氧洞逐年有所加强，范围有逐渐扩大的趋势。不久前有报道说，南极臭氧洞已有欧洲的面积那么大，已影响到南美的智利、阿根廷等一些国家。近年还有报道说，在北极地区也发现了臭氧洞。科学家们预言，臭氧洞的扩大将会使紫外线直接到达地面，使患皮肤癌的人增多，会加快气候变暖的趋，因此臭氧洞的扩大引起了许多国家首脑和科学家的注意。自20世纪80年代以来多次召开世界性会议，通过了一些保护臭氧层的决议。研究表明，大气中的臭氧主要是由太阳光中波长短于242毫微米的紫外线的作用而产生的，在地球赤道区域产生最多，经平流层输送到全球各地。卤族元素(氟、氯、溴、磺)与烃类的化合物、汽车废气中的氧化氮等等，都能够破坏臭氧层。因此国际协议要求自2000年以后，停止生产使用氟利昂的冰箱和制冷机，以及要限制使用石化燃料等等。
不久前见到有个报道，说某个“科学家”说，地球大气中的氧气将会从臭氧洞中逐渐漏到太空之中，到2015年人类将会由于缺氧而消亡……许多科学家对此说法嗤之以鼻，因为这是一种缺乏基本科学常识的说法。所谓臭氧洞并不是真的什么洞，而是指在那个地区的高层大气中比较缺乏臭氧。其次，行星大气的逃逸过程与臭氧洞无关，它是由行星的质量、表面温度等因素所决定的。例如火星的质量只有地球的十分之一，火星表面的脱离速度为5公里/秒，难以维持住浓厚的大气，所以火星大气十分稀薄。月亮的质量只有地球的八十一分之一，脱离速度只有2.4公里/秒，所以月亮表面气体更加稀薄。但是在远离太阳的一些木星和土星的卫星上，由于表面温度很低，却仍然能有浓厚的大气。地球脱离速度为8公里/秒，地球能够保持住中等浓度的大气层。但是地球的质量还是不够大，有些分子量小的气体，例如氢气和氦气，仍然难以长期地保存在地球的大气之中。水分子很容易被太阳光或其他原因电离成为氧和氢离子，从长期观点看，在高空大气中存在着缓慢的氢离子逃逸过程，这将使地球失去一些水分，但是我们不必担心，彗星、流星及宇宙尘埃，可以给地球带来水分，几亿年来基本上保持了地球上的水分平衡。