2019年5月23日那天，沿海某大城市出現了全年唯一的一天重度汙染天氣，汙染物不是人們(men) 耳熟能詳的霧霾或者叫PM2.5，而是一種令人心懷好感的物質——臭氧（O3）。

那一天，該市的臭氧濃度達到了266微克/立方米（國家達標濃度為(wei) 160微克/立方米）。燃煤、機動車尾氣、石油化工等排放出的“氮氧化物”和“揮發性有機物”是造成汙染的原因之一。

警惕過度排放造成的“藍天白雲(yun) ”

圖源：《哈爾的移動城堡》

每年的9月16日是國際臭氧層保護日，今天就來帶大家認識臭氧和臭氧層的那些事。

1995年1月23日，聯合國大會(hui) 通過決(jue) 議，確定從(cong) 1995年開始，每年的9月16日為(wei) “國際保護臭氧層日”。旨在紀念1987年9月16日簽署的《關(guan) 於(yu) 消耗臭氧層物質的蒙特利爾議定書(shu) 》，要求所有締約國根據“議定書(shu) ”及其修正案的目標，采取具體(ti) 行動紀念這一特殊的日子。

01

“臭氧”真是臭的

人們(men) 對地球大氣中的臭氧（O3）並不陌生，它是三原子氧，是普通氧氣的同胞兄弟，最早提出臭氧作為(wei) 一種物質存在的是德國科學家萬(wan) ·麻魯（Van Marum），他在1786年的靜電實驗中發覺了臭氧氣味的存在，並在一些化學反應過程中以及大氣中的一些放電過程中也有類似氣味，當時沒有對這種物質冠以專(zhuan) 門的名字。 1839年德國化學家斯考賓（C.F.Schonbein）在實驗中再次發現具有這種氣味的物質並用希臘文命名為(wei) OZEIN，意思為(wei) 發臭味的物質。後來許多物理學家和氣象學家在實驗室內(nei) 以及通過光譜觀測證實了臭氧作為(wei) 一種物質的存在。

臭氧分子結構模型

圖源：

通常情況下，臭氧其實是無味氣體(ti) ，但是，當空氣中臭氧濃度達到10-6左右時，便能嗅到這種發味物質的特殊刺鼻味道。人們(men) 在雷電天氣或在有放電作業(ye) 的場合中往往可以嗅到臭氧的味道。

02

披在地球外的“宇宙服”

地球近地層大氣中的臭氧主要分布在10到50公裏之間的大氣層中，尤其集中在20到50公裏範圍內(nei) ，而大氣低層的臭氧含量較少。

20-50公裏範圍內(nei) 臭氧濃度常超過10*10-6（體(ti) 積比），低層臭氧典型濃度為(wei) 0.005*10-6～0.05*10-6（空氣未汙染時的體(ti) 積比）至0.5*10-6（空氣受到汙染時的體(ti) 積比）。

圖源：中國氣象局網站

低空臭氧

低空的臭氧一部分由閃電或有機物氧化產(chan) 生，另一部分從(cong) 高空輸送而來。隨著城市化和城市交通的發展，汽車尾氣排放的汙染化合物在強烈陽光照射下，產(chan) 生的臭氧是造成城市臭氧汙染的重要因素之一。

高空臭氧高空臭氧層中的臭氧主要是紫外線製造出來的。太陽光線中的紫外線分為(wei) 長波和短波兩(liang) 種，當大氣中的氧氣分子受到短波紫外線照射時，氧分子會(hui) 分解成原子狀態。

大氣中的臭氧總量很少，對橫截麵積為(wei) 1cm2的整個(ge) 鉛直大氣柱中的臭氧，折算至標準狀態（氣壓1013.25hPa，溫度0℃），臭氧的總累積厚度平均約有3mm。就像是一件披在地球外“厚度為(wei) 3mm左右的“宇宙服”。

臭氧總量的分布隨緯度和時間而不同，很長一段時間以來，臭氧含量雖然隨時間和空間有較大的變化，但臭氧總量變化大約在300DU(DU為(wei) 臭氧陶普生單位)左右。直到20世紀80年代，科學家們(men) 發現大氣中的臭氧層在變薄，並在南極地區出現了臭氧空洞。

03

“南極臭氧洞”的發現

人類發現臭氧已經有一百年的曆史。距離地麵20~25公裏的地方，屬於(yu) 地球大氣層中的臭氧層，當太陽光穿過臭氧層時，臭氧能吸收99%以上對人類有害的太陽紫外線，保護地球上的生命免遭短波紫外線的傷(shang) 害。所以，臭氧層被譽為(wei) 地球上生物生存繁衍、人類賴以生存的保護傘(san) 。

圖源：中國氣象局網站

根據衛星實測數據給出的南極臭氧分布水平，其中藍色和紫色顯示臭氧水平較低，紅色和黃色顯示臭氧水平較高。

圖源：中國氣象局網站

1985年，科學家注意到英國南極Halley灣站在春季出現顯著的臭氧總量下降的趨勢，並於(yu) 1985年正式提出南極“臭氧洞”的概念，後來通過衛星的遙感觀測，確認了“臭氧洞”是南極大陸地區大範圍的現象。“南極臭氧洞”指地球南極地區大氣臭氧總量在春季大麵積持續低於(yu) 220DU。

曆年南極臭氧分布水平圖

圖源：科普大世界

臭氧層破壞是全球性環境問題之一，自70年代以來就開始受到世界各國的關(guan) 注。“南極臭氧洞”問題出現之後，國際上保護臭氧層的呼聲不斷高漲。1980年聯合國環境署建立一個(ge) 臭氧層問題協調委員會(hui) ，提出了臭氧耗損嚴(yan) 重威脅著人類和地球生態係統這一評價(jia) 結論。

1985年3月在奧地利首都維也納通過了《保護臭氧層維也納公約》，該公約從(cong) 1988年9月起生效。這個(ge) 公約隻規定了交換有關(guan) 臭氧層信息和數據的條款。1987年9月16日在加拿大的蒙特利爾會(hui) 議上，通過了《關(guan) 於(yu) 消耗臭氧層物質的蒙特利爾議定書(shu) 》，並於(yu) 1989年1月1日起生效。“蒙特利爾議定書(shu) ”規定，參與(yu) 條約的每個(ge) 成員組織（國家或國家集團）將凍結並依照縮減時間表來減少5種氟利昂的生產(chan) 和消耗，凍結並減少3種溴代物的生產(chan) 的消耗。

04

臭氧也會(hui) 給人類搗亂(luan) 嗎？

約25億(yi) 年前，地球上的氣體(ti) 氧很少，太陽光線中的紫外輻射可直接到達地球表麵，太陽輻射的總能量中，紫外區段占到近1.5％。高能量的紫外輻射對化學進化乃至生命誕生的化學反應起到很重要的作用。大氣臭氧層主要有三個(ge) 作用。其一為(wei) 保護作用，其二是加熱作用，其三是溫室氣體(ti) 的作用。

臭氧是把雙刃劍，在距離地麵30公裏左右的高層大氣中，臭氧是人類賴以生存的保護傘(san) ，但在近地麵，他便成了令人討厭的汙染物：刺激人的呼吸道，造成咽喉腫痛，胸悶咳嗽，引發支氣管炎和肺氣腫；造成人的神經中毒，引發頭暈頭痛，視力下降，記憶力衰退；對人體(ti) 皮膚中的維生素e起到破壞作用，導致人的皮膚起皺，出現黑斑；破壞人體(ti) 免疫機能，誘發淋巴細胞染色體(ti) 病變，加速衰老。複印機墨粉發熱產(chan) 生的臭氧及有機廢氣更是一種引起多種疾病的有害物質。

健康的臭氧層才是最好的“抗老神器”

圖源：《哈爾的移動城堡》

在大城市，夏季午後的湛藍天空，往往被人們(men) 認為(wei) 是這個(ge) 飽受霧霾之苦的城市一年之中空氣最好的時候。但此時往往是一天之中臭氧汙染濃度最高的時候。太陽光越強，臭氧濃度越高。夏季和午後最嚴(yan) 重，中午1點左右出現峰值，下午2～3點持續高值，到傍晚5點左右濃度逐漸降低。在一年之中，臭氧濃度一般從(cong) 5月份開始增長，到8月達到最高點，進入秋季後逐步降低。

能夠被妥善利用的臭氧可以淨化空氣、飲用水，用於(yu) 養(yang) 魚、澆花、洗浴、美容、保健、處理工業(ye) 廢水、消毒滅菌、預防感染病、果蔬保鮮、防黴、除臭等。

05

保護臭氧層

保護地球生命

全球範圍內(nei) 大氣臭氧層的耗損和南極臭氧洞的出現是大自然給人類亮出的一張黃牌。我國政府十分關(guan) 心保護大氣臭氧層這一全球性重大環境問題。中國作為(wei) 發展中國家，嚴(yan) 格執行《議定書(shu) 》的規定，控製ODS （臭氧層耗損物質）物質的排放，已於(yu) 1999年7月1日凍結氟氯化碳的生產(chan) ，2010年之前全部停止生產(chan) 規定的5類20種消耗臭氧層物質。

圖源 中國天氣網

香港科技大學資深大氣科學家劉啟漢說，“臭氧是個(ge) 極大的問題。但我們(men) 對構成它的組分以及如何控製它們(men) 的了解，卻顯得那麽(me) 不足。”

極端天氣增多、城市加速工業(ye) 化進程背景下，複雜的大氣化學反應加劇了臭氧控製的挑戰。作為(wei) 在大氣臭氧層這把“保護傘(san) ”下生活的我們(men) 應當：

盡量不使用消耗臭氧層的物質，如不使用含氟冰箱，不使用哈龍滅火器（1301,1211滅火器），不使用四氯化碳做清冼劑等。

增強保護大氣臭氧層的意識，我們(men) 隻有一個(ge) 地球，拯救臭氧層就是保護我們(men) 自己。

作者：上海市氣象學會(hui) 徐建中

編輯：九大一、zhuo.

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