[笔记]臭氧层破坏的危害

臭氧层破坏的危害 臭氧层耗减对全球环境造成的影响，只能是从最近10多年的环境情况与10多年前或更早年代的情况相比，发现了某些特异的变化，就目前情况而言，还不能认为已经产生了明显的严重 后果。 臭氧层的耗减产生的直接结果就是使太阳光中的紫外线UV-B达到地面的数量增加。臭氧层耗减和UV-B辐射量之间的关系见图1-3-1。通常认为臭氧浓度降低1%，UV-B辐射量增加1 .5,2%。 紫外线UV-B能破坏蛋白质的化学键，杀死微生物，破坏动植物的个体细胞，损害其中的脱氧核糖核酸(DNA)，引起传递遗传特性的因子变化，发生生物的变态反应。下面就其对人类健 康、生物和环境等产生的危害予以介绍。 图1-3-1 第一节 对人类健康的影响 适量的紫外线照射对人体的健康是有益的，它能增强交感肾上腺机能，提高免疫能力，促进磷钙代谢，增强人体对环境污染物的抵抗力。但是长期反复照射过量紫外线将引起细胞内的 DNA改变，细胞的自身修复能力减弱，免疫机能减退，皮肤发生弹性组织变性、角质化以至皮肤癌变，诱发眼球晶体发生白内障等。 一、对免疫系统的影响 中波紫外线UV-B的照射，对人体有许多影响。有的是积极的影响，适量的UV-B是维持人类生命所必需的。但是长期接受过量紫外线辐射，将引起细胞内DNA改变，细胞的自身修复能力减弱，免疫机制减退。对免疫系统的影响看来与肤色无关。由于紫外线辐射的增加，大量疾病的发病率及严重程度都会大大增加。这些疾病包括麻疹、水痘、疱疹和其它引起皮疹的病毒性疾病，通过皮肤传染的寄生虫病(如疟疾和利什曼病)、细菌感染(如肺结核和麻疯病)和 真菌感染等。 人体免疫系统中的一部分存在于皮肤内，使得免疫系统可直接接触紫外线照射。动物试验发 现紫外线照射会减少人体对皮肤癌、传染病及其它抗原体的免疫反应，进而导致对重复的外 界刺激丧失免疫反应。人体研究结果也表明暴露于紫外线B中会抑制免疫反应，人体中这些对传染性疾病的免疫反应的重要性目前还不十分清楚。但在世界上一些传染病对人体健康影 响较大的地区以及免疫功能不完善的人群中，增加UV-B辐射对免疫反应的抑制影响相当大。 二、白内障 白内障是形成在眼球晶体上的一层雾斑(晶状体浑浊)。实验证明紫外线能损伤角膜和眼晶体 ，可引起白内障、眼球晶体变形等。据分析，平流层臭氧减少1%，全球白内障的发病率将增 加0.6%,0.8%，全世界由于白内障而引起失明的人数将增加10 000,15 000人;如果不对紫外线的增加采取措施，从现在到2075年，UV-B辐射的增加将导致大约1 800万白内障病例 的发生。 三、皮肤癌 紫外线UV-B辐射的增加，直接导致人类常患的三种皮肤癌。前两种是Basal和鳞状皮肤癌， 这种非恶性癌每年在美国大约有50万患者，如果发现及时，这种病可以治好，很少有人 死于此病。美国环境保护局估计臭氧每减少10%，这两种皮肤癌的发病率就提高26%。恶性黑 瘤比较少见，它与紫外线辐射有关，其机理知之甚少。每年大约有25 000人患此病。这种 病比较危险，每年大约有5 000人死于此病。每个细胞里的遗传物质(脱氧核糖核酸)都对 紫外线很敏感，脱氧核糖核酸的损伤会杀死细胞 或将其变成癌细胞。白色皮肤的人对太阳光缺乏自然保护，他们更容易患皮肤癌。据计算，臭氧每减少1%，非黑色素瘤皮肤癌就增加3%。按美国当今在世人口计算，良性黑色素瘤的病例将增加45万例，恶性黑色素瘤的病例将增加1，000例。未来数代受害将更加严重。在靠近南极的澳大利亚，皮肤癌发病率增加了3倍，近年来在那里也一直在讨论有关“臭氧警告” 的问题。 为了防止紫外线对人体皮肤和眼睛造成损害，应避免强烈地日晒，户外活动和工作应穿着长衣长裤，或使用防止紫外线的防晒油涂抹身体裸露部分。为避免角膜炎和白内障，应佩戴能过滤紫外线的眼镜。 第二节 对陆生植物的影响 臭氧层耗减，对植物和动物生长的影响，人们了解还不很多，较之对人体的影响了解更少。 已作过的一些研究也尚难做出合理的解释。臭氧耗减对农作物的危害做定量预测，也由于其它环境因素的参与变得十分困难。但综合考察还是给我们启示了未来可能的影响。 对某些农作物的研究表明，紫外线UV-B辐射增加会引起某些植物物种和化学组成发生变化， 影响农作物在光合作用中捕获光能的能力，造成植物获取的营养成份减少，生长速度减慢。 研究过的植物中，紫外线对其中的50%有不良影响，尤其是像豆类、瓜类、卷心菜一类的植 物更是如此。西红柿、土豆、甜菜、大豆等农作物，由于紫外线UV-B辐射的增加，还会改变细胞内的遗传基因和再生能力，使它们的质量下降。一项研究表明，如果臭氧减少25%，则 大豆的产量会下降20%,25%，大豆的蛋白质含量和含油量也会降低。 紫外线辐射的增加对林业也有影响。通过对10个种类的针叶树幼苗进行研究，结果表明其中 3个品种受紫外线UV-B辐射的影响而产生不良后果，其所受影响的程度也与预测相吻合 。 植物的生理和进化过程都受到UV-B辐射的影响，并与UV-B辐射的量有关。植物也具有一些缓 和和修补这些影响的机制，在一定程度上可以适应UV-B辐射的变化。不管怎样，植物的生长直接受UV-B辐射的影响，不同种类的植物，甚至同一种不同栽培品种的植物对UV-B的反应都是不一样的。在农业生产中，就需要种植耐受UV-B辐射的品种，并同时培养新品种。对森林 和草地，可能会改变物种的组成，进而影响不同生态系统的生物多样性分布。 UV-B辐射带来的间接影响，例如植物形态的改变，植物各部位生物质的分配，各发育阶段的时间及二级新陈代谢等可能跟UV-B造成的破坏作用同样大，甚至更为严重。这些对植物的竞 争平衡、食草动物、植物致病菌和生物地球化学循环等都有潜在影响，这方面的研 究工作尚处起步阶段。 第三节 对水生生物的影响 世界上30%以上的动物蛋白质来自海洋，满足人类的各种需求。在许多国家，尤其是发展中国家，这比例往往还更高。因此很有必要知道紫外线辐射增加后对水生生态系统生产力的影响。 此外，海洋在与全球变暖有关的问题中也具有十分重要的作用。海洋浮游植物的吸收是大气中CO 2的一个重要的消除途径，它们对未来大气中CO浓度的变化2趋势起着决定性的作用 。海洋对CO气体的吸收能力降低，将导致温室效应加剧。 2 海洋浮游植物并非均匀分布在世界各大洋中，通常高纬度地区的密度较大，热带和亚热带地区的密度要低10,100倍。除可获取的营养物、温度、盐度和光外，在热带和亚热带地区普遍存在的阳光UV-B的含量过高的现象也在浮游植物的分布中起着重要作用。 浮游植物的生长局限在光照区，即水体表层有足够光照的区域，生物在光照区的分布地点受到风力和波浪等作用的影响。另外，许多浮游植物也能够自由运动以提高生产力保证其生存 。暴露于阳光UV-B下会影响浮游植物的定向分布和移动，因而降低了这些生物的存活率。 研究人员测定了南极地区UV-B辐射及其穿透水体的量的增加，证据证实天然浮游植物群落与臭氧的变化直接相关。对臭氧空洞范围内和臭氧空洞以外地区的浮游植物进行比较的结果表 明，浮游植物生产力下降与臭氧减少造成的UV-B辐射增加直接有关。一项研究表明，在冰川边缘地区的生产力下降了6%,12%。由于浮游生物是海洋食物链的基础，浮游生物种类和数 量 的减少还会影响鱼类和贝类生物的产量。另一项科学研究的结果显示，如果平流层臭氧减少了25%，浮游生物的初级生产力将下降10%，这将导致水面附近的生物减少35%。 研究发现阳光中的UV-B辐射对鱼、虾、蟹、两栖动物和其它动物的早期发育阶段都有危害作用，最严重的影响是繁殖力下降和幼体发育不全。即使在现有的水平下，浮游植物和动物也已经受到了紫外线的损害。紫外线B的照射量很少量的增加就会导致海洋生物的显著减少。 尽管已有确凿的证据证明UV-B辐射的增加对水生生态系统是有害的，但目前还只能对其潜在危害进行粗略的估计。 第四节 对城市环境和建筑材料的影响 一、使城市环境恶化 过量的紫外线除了直接危害人类和生物机体外，还会使城市环境恶化，进而损害人体健康， 影响植物生长和造成经济损失。城市工业在燃烧矿物燃料时排放的氧化氮，与某些工业和汽 车所排放的挥发性有机物，同时在紫外线照射下会更快地发生光氧化反应，生成臭氧、过氧化烯烷基硝酸酯等产物，从而造成城市内近地面大气的臭氧浓度增高，引起光化学烟雾污染 。 近地面臭氧浓度过高，吸入人体会导致肺功能减弱和组织损伤，引起咳嗽、鼻咽刺激、呼吸短促和胸闷不适等。 近地面的臭氧和过氧化烯烷基硝酸酯能损害植物叶片，抑制光合作用，使农作物减产，森林 或树木枯萎坏死，其危害甚至比酸雨还大。 近地面臭氧浓度增高，还使聚合物材料加速老化。 据美国环保局估计，当臭氧耗减25%时，城市光化学烟雾的发生几率将增加30%，聚合物材料等老化的经济损失将高达47亿美元。 二、对建筑材料的破坏 因平流层臭氧损耗导致阳光紫外线辐射的增加会加速建筑、喷涂、包装及电线电缆等所用材料，尤其是聚合物材料的降解和老化变质。特别是在高温和阳光充足的热带地区，这种破坏 作用更为严重。由于这一破坏作用造成的损失估计全球每年达到数十亿美元。 无论是人工聚合物，还是天然聚合物以及其它材料都会受到不良影响。当这些材料尤其是塑料用于一些不得不承受日光照射的场所时，只能靠加入光稳定剂和抗氧剂或进行表面处理以保护其不受日光破坏。阳光中UV-B辐射的增加会加速这些材料的光降解，从而限制了它们的 使用寿命。研究结果已证实中波UV-B辐射对材料的变色和机械完整性的损失有直接的影响。 在聚合物的组成中增加现有光稳定剂和抗氧剂的用量可能缓解上述影响，但需要满足下面三个条件:(1)在阳光的照射光谱发生了变化即UV-B辐射增加后，该光稳定剂和抗氧剂仍然有效;(2)该光稳定剂和抗氧剂自身不会随着UV-B辐射的增加被分解掉;(3)经济可行。目前， 利用光稳定性和抗氧性更好的塑料或其它材料替代现有材料是一个正在研究中的问题。 我国科学家普遍认为臭氧层耗减是客观存在的现象，对于CFCs和哈龙引起臭氧层耗减的说法也基本认同，但要准确估计臭氧层耗减对人类和生态环境的危害程度，还要做大量的实验研 究工作才能确定。