38卷 11 期
胡耐根
臭氧层破坏对人类和生物的影响
6069
3. 1 . 1 对人类皮肤的影响。临床诊断表明, 夏天接受过量 的太阳光照射易造成皮肤病。动物试验和临床病例研究表 明 , 过量 UV B紫外线照射易引发人体皮肤癌。紫外线辐射 最主要的影响是在太阳照射下对皮肤的灼伤。对大多数人 来讲, 接受 2 d的暴晒, 皮肤会变成褐色 , 这是由于紫外线辐 射容易使皮肤产生黑色素 , 并沉着于皮肤色素细胞而形成 的。接受紫外线辐射一定时间后破坏皮肤组织的连接, 导致 皮肤增厚, 出现皱纹和皮肤弹性减少。紫外线辐射增加了患 皮肤癌的机率。 3. 1 . 2 对人类眼睛的影响。白内障是人眼中晶状体的不透 明物。据世界卫生组织 1985年估计 , 白内障造成全球 1 700 万人失明 ( 约占总失明人数的 50% ) 。过量的紫外线辐射被 认为是白内障增加的主要原因。大量动物试验表明, UV B 紫外线辐射能损害眼角膜和晶状体, 导致眼睛混浊。当部分 紫外线辐射抵达眼睛的后部, 会使视网膜细胞缓慢恶化, 尤 其是近视者。研究表明, 紫外线的增加对人类白内障有一定 影响, 当臭氧减少 1 . 0 % , 白内障增加约 0 . 5 % , 强紫外线辐射 同样可以引发角膜炎 ( 如雪盲 ) 。这类影响的征兆包括眼睛 变红, 对光线的易敏感, 爱流泪, 感觉严重有异物和疼痛。眼 外伤在 3~ 12 h 暴晒后显现。由于眼睛细胞的快速再生能 力 , 症状在几天后消失。长时间的紫外线辐射会导致角膜永 久性损伤。 3. 1 . 3 对人的免疫系统的影响。皮肤是一个重要的免疫器 官 , 免疫系统的某些成分存在于皮肤中 , 皮肤暴露于紫外线 辐射下能扰乱免疫系统, 导致一些疾病。 UV B 诱发皮肤免 疫抑制的研究发现, 不仅含色素少的人发生 , 含色素多的人 亦可发生。由于免疫抑制 , 单纯疱疹、 利什曼病、 结核及念株 菌病等疾病将会增加或者症状恶化。 3. 2 对生物的影响
作者简介 收稿日期 胡耐根 ( 1968 - ) , 男 , 江西 新余人 , 副教授 , 从事物 理化学 、 环境化学研究 。 2010 02 20
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上的生物产生严重的影响。 [ 2- 3] 2 臭氧层破坏的机理 1974年美国科学家 Row land和 M olina认为, 同温层渗入 了氟氯甲烷、 氯原子对臭氧具有催化破坏作用。在平流层的 臭氧层中, 在太阳紫外线的照射下 , 有如下反应平衡 :
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3. 2 . 1 对农作物的影响。紫外线辐射的增强, 将导致农作 物 ( 如小麦、 水稻等 ) 减产, 减少地球的食物链 , 并会导致粮食 质量降低。相关试验表明, 当臭氧减少 25% 时 , 大豆产量会 减少 20% ~ 25% , 大豆中的蛋白质和植物油的含量则分别下 降 2 %和 5 % 。据美国预测, 如对 CFC 的消耗量不加以限制 , 到 2075年农作物将减产 7. 5% 。 3. 2 . 2 对陆生生物的影响。近年来, 研究者通过对植物受 环境 UV 辐射的影响进行了大量研究 , 结果发现, 在光合作 用和呼吸作用过程中, UV 辐射能降低大多数 C3植物的净光 合速率, 而 C 4植物对 UV 不太敏感。 UV 造成光合速率下降 的原因是由于气孔阻力的增大或气孔的关闭所致。同时, 还 发现, UV 可以通过破坏光系统 ( PS ) 反应中心, 抑制 PS 联系的电子传递, 使环式磷酸化解偶连作用等直接伤害来影 响植物的光合能力。在水分生理方面, UV 使气孔关闭, 而 导致大豆、 黄瓜、 向日葵叶片蒸腾速率的下降。 康乃馨经 UV C 照射几小时, 即见花瓣发生皱褶, 其效 应与自然衰老或用乙烯处理引起的衰老相类似 ; UV B能使 黄瓜植株中丁二胺和亚精胺含量显著提高, 能阻止棉花中 Zn从子叶运转到幼叶。大豆试验中, 受 UV B 处理的植株籽 粒产量严重下降, 同时研究表明 UV 是通过损伤膜系统而引 起细胞衰老的。这些研究表明, 如果地球表面紫外线辐射增
hv hv
Cl O+ O2 C l+ O2
hv
净反应为 : O + O3
2O2
其作用机制见图 1。相关研究表明, 1个氯原子引发的 这种链式反应大约可以破坏 10万个臭氧分子, 所以 CFCS 气 体的排放致使 O3 不断消耗 , 从而使臭氧失去其吸收紫外线 的性能。
图 1 臭氧层破坏机制示意 F ig . 1 The destruction m echanis m o f the ozone layer
臭氧层的破坏是人类当今所面临的重要环境问题之一 , 多数科学家认为, 人类过度使用氟氯烃 ( CFCS ) 类物质是臭 氧层破坏的主要原因之一。臭氧层变薄意味着到达地表的 太阳紫外线增强。较强的紫外线辐射, 会伤害人的皮肤、 眼 睛 , 损坏人的免疫系统, 还会对粮食作物、 陆生生物及水生生 物造成危害。因此, 了解臭氧层破坏的原因, 及其对人类及生 物的危害, 有助于增强人们的环境意识, 避免人类遭受臭氧层 破坏所带来的灾难。笔者介绍了臭氧层破坏的机理, 分析了其 对人类产生的影响, 并提出了相关的保护对策, 以期增强人们 对臭氧层的正确认识, 以及为保护臭氧层提供借鉴。 1 臭氧层的形成 臭氧由 3 个氧原子 ( O 3 ) 构成, 而氧气由 2 个氧 原子 ( O2 ) 构成。自然界中的臭氧, 大多分布在距地面 20~ 50 km 的大气中, 将其称之为臭氧层。臭氧层中的臭氧主要来源于 紫外线。太阳光线中的紫外线分为长波和短波, 当大气中 ( 含有 21 % ) 的氧气分子受到短波紫外线照射时, 氧分子会 分解成原子状态。氧原子的不稳定性极强, 极易与其他物质 发生反应。如与 H 2 反应生成 H2 O, 与 C 反应生成 CO2 。同 样 , 与 O2 反应时, 便形成了 O 3。臭氧形成后 , 由于其比重大 于氧气 , 会逐渐向臭氧层的底层降落, 在降落过程中随着温 度的上升, 臭氧不稳定性越加明显, 再受到长波紫外线的照射, 再度还原为氧。臭氧层就是保持了这种氧气与臭氧相互转换 的动态平衡。由于臭氧和氧气之间的平衡, 在大气中形成了一 个较为稳定的臭氧层。臭氧层是指在大气平流层中距地面 20 ~ 25 km 的特殊大气层, 这一大气层的臭氧含量特别高, 含量 接近 0. 01 mg /m , l 高空大气层中约有 90 % 的臭氧集中在臭氧 层, 而大气中平均臭氧含量大约仅为 0 . 000 3 m g/m 。 l 太阳光中也存在对生物生存有害的紫外线 , 按生物效应 的不同, 可将太阳光中的紫外线分 为 3 类 : 弱效应波长 (UV A, 320~ 400 nm, 对生物影响不大 ) 、 强效应波长 ( UV B, 280~ 320 nm, 对生物有杀伤作用 ) 和超强效应波长 ( UV C, 200~ 280 nm, 属灭生性辐射 ) 。通常情况下, 大气平流层中 的臭氧几乎吸收了全部的 UV C 和 90 % 左右的 UV B。臭氧 层是地球的 保护伞 , 因此, 臭氧层的破坏会对生活在地球
hv
O3
O2 + O
由于排放出来的 CFCS 气体具有非常稳定的特点, 在大 气对流层中几乎完全不分解, 所以能够扩散到大气平流层 中, 当其受到来自太阳的紫外辐射时, 就会发生碳 - 氯链断 裂的光化学反应 , 产生氯原子, 如 CFC l3
hv
CFC l2 + C l
接着 C l会引发一系列破坏臭氧的链式反应 C l+ O 3破坏对自然界的影响 3 . 1 对人类健康的影响
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臭氧量的减少、 臭氧层的被
破坏使到达地面的紫外线辐射量增加。其中 UV B 紫外线 波段增加更多。 UV B紫外线辐射的增加, 将会对人体健康 产生很大影响。相关研究表明 , 紫外线除了在人类皮肤中产 生 V D 外, 未发现其他有益效应。紫外线对人体的危害却较 大。主要表现在影响人类皮肤、 眼睛及免疫系统。
安徽农业科学, Jou r n al ofAnhu iAgr.i Sc. i 2010 , 38( 11): 6068 - 6069 , 6072
责任编辑
陈红红
责任校对
卢瑶
臭氧层破坏对人类和生物的影响
胡耐根
( 新余高等专科学校, 江西新余 338004)
摘要 介绍了臭氧层的形成及臭氧破坏的机理 , 分析了臭氧层的破坏对自然界的影响 , 从而提出了相关的保护对策 。 关键词 臭氧层破坏; 氟氯烃 ; 人类; 生物 ; 影响 中图分类号 P 421 . 33 文献标识码 A 文章编号 0517- 6611( 2010) 11- 06068- 02 E ffects of D estruction of t he Ozone Layer on Hu m an and B iology HU N ai gen ( X inyu Co llege , X inyu , Jiangx i 338004) A bstract The for m ation of ozone layer and m echan ism o f destruction of the ozone layer were introduced, the effects of destruction of ozone layer on na ture w ere analyzed , and the protective counter m easuresw ere put for ward. Key words Destruction o f ozonosphere ; CFCS ; Hu m an ; O rganis m; Effect
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加, 将危机植物的生理代谢。 在形态方面, UV B 能强烈地改变单子叶和双子叶植物 的高度、 叶面积等指标。有学者用 UV B 处理黄瓜幼苗时发 现, 下胚轴伸长受阻; 若在 UV B 照射后再用 GA 3 处理幼株, 下胚轴伸长才能得以恢复正常。这表明 UV 并非通过代谢 上的限制或破坏顶端分生组织而实现其在形态学上的作用, 而是植物体对 UV 的一种光形态学反应。大豆试验表明, 受 UV B处理的植株籽粒产量严重下降。 3 . 2 . 3 对水生生物的影响。 UV B 的增加, 对水生生物存大 很大的危险。美国海洋学家韦勒指出, 南极大陆上空臭氧 层的日益变薄已使紫外线穿过臭氧层直接进入海洋的深度 比过去推测要深得多, 造成的结果是构成海洋食物链基础的 单细胞生物的生产量大幅度减少, 并给浮游生物造成严重的 遗传损害 。紫外线辐射对鱼、 虾、 蟹、 两栖类动物的早期发 育都有危害作用 , 最严重的导致其繁殖力下降和幼体发育不 全。紫外线能穿透 10~ 20 m 深的海水, 紫外线辐射可杀死 10 m 水深的单细胞海洋浮游生物和微生物, 从而危及水中生 物的食物链和自由氧的来源, 影响生态平衡和水体的自净 能力。 试验表 明, 如果 臭 氧减 少 10 % , 则 紫 外线 辐射 增 加 20% , 这将会在 15 d内杀死所有生活在 10 m 深的鳗鱼幼鱼。 研究人员已发现, 南极洲浮游植物繁殖速度下降 12% 与臭氧 空洞有直接关系, 美国能源与环境研究所的报告表明, 臭氧 层厚度 减少 25% , 将导致水面 附近的初级生 物产量降 低 35% , 光亮带 ( 生产力最高的海洋带 ) 减少 10% 。这些研究 结果表明, 臭氧层的破坏已影响到海洋生物食物链的根基。 4 保护对策 臭氧减少带来的危险已受到国际社会的普遍关注 , 为了 保护臭氧层免遭破坏, 以更好地保护生态环境, 国际上保护 臭氧层的行动已持续了 20余年。 4 . 1 建立国际间和各国的臭氧层保护法律约束机制, 控制 破坏臭氧层物质的排放 国际上先后通过了 关于臭氧层保 护计划 、 保护臭氧层维也纳公约 、 关于消耗臭氧层物质 的蒙特利尔议定书 。我国于 1991年 6 月签署了 议定书 的伦敦修正案, 目前 议定书 的缔约方已达 168个。 1994年 第 52次联合国大会决定, 把每年的 9月 16 日定为国际保护 臭氧层日。我国正在为实现 议定书 规定的指标而努力, 制 定并实施了 20余项有关保护臭氧层的政策。这对减少消耗 臭氧层物质浓度及保护臭氧层具有重要意义。 4 . 2 加强氟里昂代用品的研究开发力度 氟里昂替代品的 开发受到了广泛受到重视, 目前主要包括含氢的氟里昂, 其 在到达臭氧层之前的对流圈被分解。或者用不含氯的氟里 昂, 如 F32 , F215, F134a 和 F143等, 即使它们到达臭氧层也 不会产生破坏作用。有的替代品则是不含 F 和 C l 的有机 物, 如精制的石油气和二甲醚、 烷烃、 氮气、 二氧化碳等。此 外, 回收和分解氟氯烃的研究工作也正在进行。 4 . 3 提高对保护臭氧层的认识 , 牢固树立环境意识 尽管 人类企图寻找另一个与地球相近、 可供人类生存的星球, 但 不得不承认地球仍然是人类的唯一家园 , 人离开地球将无法 ( 下转第 6072页 )