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第19章 全球生态变化

应用生态学是应用生态学原理来解释并解决日常生活中产生的问题,以取得良好的经济、生态和社会效益。

1.温室效应——全球变暖问题

关于全球变暖的问题,书中在前面已经叙述过,这里不再赘述。

下面我们主要介绍地球的臭氧层。

2.地球保护伞——臭氧层

(1)臭氧层及其作用

臭氧分子是由3个氧原子通过电子吸引结合形成的。这种电价键比氧气中的共价键弱得多,使得臭氧比氧气更具活性。高空中的氧气在紫外光的作用下,从普通的氧气构型转变成了臭氧。高空平流层中的氧分子吸收波长为180~240纳米的紫外光后,解离变成两个氧原子,自由氧原子加入一分子氧气形成臭氧。

大气中约90%臭氧分布在距地表20~30千米处的大气平流层中,这一气层称为臭氧层。臭氧层在保护生态环境方面起着十分重要的作用:一方面,臭氧层吸收太阳紫外辐射把电磁能变为热能,使平流层大气因吸收太阳短波辐射而增温,使我们行星上的生命得以持续下去;另一方面,由于臭氧层有强烈吸收太阳紫外辐射的功能,特别是有效吸收对人类健康有害的波长为290~315纳米的紫外线,使地球生命免受伤害。此外,臭氧层让对地球生命无害的红外线和可见光等太阳辐射通过,有助于各种生物生长而构成食物链的基础。透过的少量紫外线可起到杀菌治病的作用。

(2)臭氧层破坏的危害

臭氧层大量损耗后,吸收紫外辐射能力就会大大减弱,到达地球表面的紫外辐射便会增多。臭氧层形成之前,生物能在水中生活,水能反射紫外线,陆地生物不可能出现。DNA吸收紫外线,尤其吸收波长在280~320纳米之间的紫外线,因此,紫外线辐射会中断DNA复制,致使其死亡或繁殖失败。因此,臭氧层的完整是陆生生物存在的先决条件。紫外辐射的少量增加便会使DNA复制过程中发生突变的几率增加,从而导致癌变,引起皮肤癌等癌症。紫外线同样对光合作用系统有极大的破坏性,会减少初级生产力,从而影响整个生态系统。研究表明,地球大气平流层中的臭氧体积分数正在逐渐减少。国际臭氧趋势观察小组提供的1978~1987年高空飞行观测数据显示,南纬39°~60°的臭氧减少5%~10%,北纬40°~64°减少1.2%~1.4%。20世纪80年代中期,观测还发现南极上空每到春季(9~11月)臭氧层极薄,与周围相比像是形成一个“洞”,直径达几千千米,形成“臭氧空洞”。而平流层中臭氧每减少1%,到达地球表面的紫外线辐射量将增加2%。据现在臭氧层破坏速度推算,到2075年臭氧层将比1985年减少40%,全球皮肤癌患者将达1.5亿,农作物产量将减少7.5%,水产品将损失25%,人体免疫功能也将减退。

(3)造成臭氧层破坏的原因

臭氧层缺损主要来源于人类活动,多数科学家认为,人类过多使用氟氯碳类物质是臭氧层破坏的一个主要原因。人工合成的含氯和含溴的物质对臭氧层有很强的破坏作用,被称之为破坏臭氧层物质,典型的是氟氯化碳和哈龙。

氯氟烃作为超制冷剂、烟雾剂、杀虫剂被广泛应用。研究表明氯氟烃能上升到平流层降解臭氧。氯氟烃在紫外线照射下分子键结合改变,使得一个氯原子松散的连接在分子上。这种活化的氯氟烃遇到一个臭氧分子,一个氯原子能脱离下来,从臭氧分子中夺取一个氧原子,形成氧化氯。氧化氯活性仍然很大,当它遇到另一个臭氧分子时,会夺取臭氧分子中的一个氧原子而形成二氧化氯。二氧化氯在紫外线作用下裂解成一个自由氯原子和一个氧分子。依此下去,一个氯原子可以裂解10万个臭氧分子。

(4)保护臭氧层

由于臭氧层耗损对人类生存、地球上的生态系统将产生直接的破坏性影响,而且通过研究,已经知道氟氯化碳、哈龙等是破坏臭氧层的主要物质,因此科学家呼吁国际社会尽快采取行动,保护我们共有的臭氧层。

国际社会在联合国环境规划署的号召和组织下,进行了有关保护臭氧层的国际谈判。1977年通过了《保护臭氧层行动世界计划》,1985年通过了《保护臭氧层维也纳公约》,明确了保护臭氧层的原则。1987年9月,23个国家协议通过了要求各国积极参加的《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》,对5种氯氟烃和3种哈龙的生产和消费作了限定规定。1996年1月,《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》开始执行,发达国家停止了氯氟烃工业化学品的生产,发展中国家也要逐步淘汰,10年后停产。

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