作者：王恩眷（中国气象局华风气象传媒集团）

来源：《知识就是力量》杂志

1995年1月23日联合国大会决定，把每年的9月16日定为“国际保护臭氧层日”，意在通过相关活动来唤醒公众对保护臭氧层的认知。

20世纪80年代起，当科学家观测到臭氧层这把“保护伞”在南极上空出现了“空洞”时，所有人都为之担忧，并采取一系列行动保护它。

而近年来，剧情又发生了大反转，各种观测和研究发现：臭氧，原本待在“天上”默默守护地球的“天使”，不仅来到了我们身边，还成了危害人类健康的“反派”，亦正亦邪的臭氧到底经历了怎样的转变？我们又该如何应对呢？

“我”和氧气其实是一家人

臭氧分子结构

人类开始认识臭氧始于19世纪，1839年，德裔瑞士化学家克里斯蒂安 · 弗雷德里克 · 舍拜恩在电解稀硫酸时，发现有一种特殊臭味的气体释放出，他提出这种臭味同自然界闪电后产生的气味相同，并为它取名为“Ozein”（希腊语，意为“臭味”），后来的科学家研究后发现这种气体的分子结构是3个结合在一起的氧原子，最终将其命名为臭氧（Ozone）。臭氧分子结构的发现也表明了臭氧是氧气的“孪生兄弟”，它们在一定的条件下可以相互转化。1913年，法国物理学家法布里通过光学和光谱学的研究，最终成功地证明了高层大气中臭氧的存在。

臭氧层位于地球大气的平流层中

在此基础上，英国地球物理学家卡普曼又解释了臭氧层的形成，他提出：大气中的臭氧主要是由氧原子同氧分子进行三体碰撞（三个质点同时在同一地点相碰的现象）而产生。在60千米以上的高空，由于太阳紫外线强，氧分子大量离解，三体碰撞机会减少，导致臭氧含量极少。而在5千米以下的低空，紫外线大大减弱，氧原子很少，臭氧也难以形成。只有在20-25千米的高度范围内，既有足够的氧原子，又有足够的氧分子，最有利于三体碰撞出臭氧。

3毫米的“保护伞”究竟有何用

在离地面20-25千米高度处的大气层，因为大量臭氧聚集在此，因此形成了臭氧层。如果在0℃的温度下，把地球大气层中所有的臭氧压缩到一个标准大气压（1013.25百帕），那么臭氧层的平均厚度仅仅只有3毫米，对于整个大气层高度来说，占比更是只有几千万分之一。这薄薄的臭氧层究竟有什么作用呢？

臭氧层会吸收大部分紫外线

我们知道，太阳辐射能量巨大，太阳辐射出的紫外线（按照波长由长到短）包括紫外线A、紫外线B和紫外线C，也就是我们常说的UVA、UVB、UVC。其中波长最短、蕴含能量最大、对皮肤等伤害最大的就是UVC，而臭氧层恰恰会把UVC全部吸收，阻隔在地球以外。它同时还会吸收大部分的UVB，最终就是这“薄薄”的臭氧层阻绝了97%-99%的紫外线辐射，使地球上的人类和动植物免受伤害，真是名副其实的“保护伞”。

2006年9月测定的南极上空产生的臭氧层空洞(图片来源/维基百科)

臭氧：是“天使”也是“反派”

整个地球大气中的臭氧，绝大多数（约占90%）存在于高空大气的臭氧层中，这里的臭氧默默守护着地球上的生命，是“保护伞”、是“天使”。可是还有约10%的臭氧存在于近地面层，也就是我们人类生活的这个空间。在这里，臭氧不再是“天使”，而可能变成一种污染，危害人类健康。

臭氧是如何来到地面的呢？又是如何变成一种污染的呢？

其实，我们身边的臭氧，只有少量是由高空大气中“逃逸”而来，绝大部分还是人类的生产生活造成的。汽车尾气、工业化工等排放的氮氧化物（NOx）和日常生活中的各种挥发性有机物（VOCs），正是形成臭氧污染的源头。NOx和VOCs遇到高温和强光照时，经过一系列复杂的光化学反应，都容易形成臭氧。当臭氧大量形成，浓度超过一定限值，就会成为危害人类健康的“臭氧污染”，又称为光化学烟雾。

据统计，2016年中国338个地级及以上城市中，86%（288个）出现臭氧污染超标现象。生态环境部最新发布的《2019中国生态环境状况公报》显示，2019年中国337个地级及以上城市臭氧浓度达到148微克/立方米，以臭氧为首要污染物的超标天数占超标总天数的41.8%（该占比在2015年为16.9%），仅次于占比45%的PM2.5（细颗粒物）。

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