臭氧层的定义及相关性分析

在距离地球表面15-25公里的高空，由于太阳的紫外线辐射，形成了环绕地球外层空间的臭氧层。这厚厚的臭氧层是人类生存的保护伞。这就是大多数人对臭氧的了解。人类真正认识到臭氧是在1.50多年前。德国化学家拜因博士首次提出水电解和火花放电产生的气味与自然界闪电后产生的气味相同。Bein博士首先认为它的气味类似于希腊语中的OZEIN(意思是“难闻的气味”)，因此将其命名为ozone。

自然界中的臭氧大多分布在距离地面20公里-50公里的大气中，我们称之为臭氧层。臭氧层中的臭氧主要是紫外线产生的。众所周知，太阳光线中的紫外线分为长波和短波两种。当大气中的氧分子(含21%)受到短波紫外线照射时，氧分子会分解成原子态。氧原子极不稳定，容易与其他物质发生反应。例如，它与氢(H2)反应生成水(H2O)，与碳(C)反应生成二氧化碳(CO2)。同样，当它与氧分子(O2)反应时，会形成臭氧(O3)。臭氧形成后，由于其比重大于氧气，会逐渐落到臭氧层底部。在下降的过程中，随着温度的变化(上升)，臭氧的不稳定性越来越明显，然后受到长波紫外线的照射，再次还原成氧气。臭氧层保持氧气和臭氧的动态平衡。

这么广阔的区域里有多少臭氧？估计不到大气的1/10万。如果大气中的臭氧全部集中在一起，就只有三厘米的薄层。那么，地球表面有臭氧吗？答案是肯定的。大约1%的太阳紫外线可以到达地面。尤其是空气污染较轻的森林、山地、沿海地区，紫外线较多，臭氧丰富。

此外，闪电还会产生臭氧，臭氧分布在地球表面。正因为如此，雷雨过后，人们感觉空气清新，也愿意去郊外的森林、山林、海岸，去呼吸大自然的新鲜空气，去欣赏大自然的美景，让身心来一次清爽的“沐浴”。这就是臭氧的作用，所以有人说臭氧是一种干净清爽的气体。

大气臭氧层有三个主要功能。一个是保护。臭氧层可以吸收阳光中波长在300微米以下的紫外线，主要是部分UV-B(波长290 ~ 300微米)和全部UV-B(波长< 290微米=)，保护地球上的人类和动植物免受短波紫外线的伤害。只有长波UV-A和少量中波UV-B能辐射到地面，长波UV对生物细胞的伤害远小于中波UV。因此，臭氧层就像太空服一样保护着地球上的生命。第二是加热。臭氧吸收阳光中的紫外线，并将其转化为热能来加热大气。由于这种效应，大气温度结构在50km左右的高度有一个峰值，地球上空从15到50 km有一个增暖层。正是因为臭氧，平流层才存在。另一方面，因为地球以外的行星上没有臭氧和氧气，所以没有平流层。大气的温度结构对大气的环流有着重要的影响，造成这种现象的原因也来自于臭氧的高分布。第三是温室气体的作用，在对流层上部和平流层底部，也就是在这个温度非常低的高度，臭氧的作用也是非常重要的。如果这个高度的臭氧减少，就会产生降低地面温度的动力。因此，臭氧的高度分布和变化是极其重要的。