地球生命的守护神

 大千世界,芸芸众生。地球上有着100多万种动物、30多万种植物、10多万种细菌。是谁保护了瑰丽多姿的生命,使他们不至于遭受太空严酷环境的摧残。亿万年来,大地母亲始终默默地用她温暖、滋润的胸膛育养爱护着她的孩子们。不但如此,地球从46亿年前诞生那一天起,就开始耐心地在营造着适合生命成长的天地。在漫长的宇宙历史里,它逐渐织就了生命的四重保护层。这就是地磁场、大气、海洋、臭氧层。

  在46亿年以前,当地球还是一个旋转的尘埃和气体云团时,它就在穿越太阳强大磁场的过程中受到磁化。地球形成后,铁是外核的主要成分。由于内核与外核之间存在着2500℃的温度差,从而驱使外核中的岩浆作螺旋运动。铁是电的导体。当导体在磁场中运动时,导体将因电磁感应形成电流而产生磁场。强大的地球磁场圈深深地延伸到太空中。它挡住了从太阳射来的对生命有害的带电粒子流——太阳风。

  在35亿年以前,地球的原始大气层还是一个令生命无法生存的由二氧化碳、氮气和氢气组成的混合体。。因此,最初的单细胞生物为了避免太阳紫外线的杀伤,只能在海洋的保护下生成。海洋中有一些绿色微生物具有光合作用的能力,并在光合作用过程中吸收二氧化碳,释放出氧气,这才使大气中氧含量逐渐上升。

  在20亿年以前,地球上自由的氧只以微量气体的形式存生。后来,在距海平面10米以下的深处首先诞生了原始植物。因为,在这个深度,紫外线照射不到。原始植物出现后,便将它的新陈代谢产物——氧气,大量排放到大气层中。在离地面15~30公里左右的大气层内逐渐形成了(由三个氧原子构成的氧分子)臭氧层。臭氧层对紫外线具有很强的吸收能力。从此,生命终于登上了陆地,自由地在大气中生活。在距离地球表面15-25公里的高空,因受太阳紫外线照射的缘故,形成了包围在地球外围空间的臭氧层,这厚厚的臭氧层正是人类赖以生存的保护伞。这就是大多数人对臭氧的全部认识。人类真正认识臭氧还是在150多年以前,由德国化学家先贝因(Schanbein)博士首次提出在水电解及火花放电中产生的臭味,同在自然界闪电后产生的气味相同,先贝因博士认为其气味类似于希腊文的OZEIN(意为“难闻”),由此将其命名为OZONE(臭氧)。
   自然界中的臭氧,大多分布在距地面20Km--50Km的大气中,我们称之为臭氧层。臭氧层中的臭氧主要是紫外线制造出来的。大家知道,太阳光线中的紫外线分为长波和短波两种,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。如与氢(H2)反应生成水(H2O),与碳(C)反应生成二氧化碳(C02)。同样的,与氧分子(O2)反应时,就形成了臭氧(O3)。臭氧形成后,由于其比重大于氧气,会逐渐的向臭氧层的底层降落,在降落过程中随着温度的变化(上升),臭氧不稳定性愈趋明显,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。

珠峰臭氧层观测


   大气臭氧层主要有三个作用。其一为保护作用,臭氧层能够吸收太阳光中的波长300 μm以 下的紫外线,主要是一部分UV—B(波长290~300μm)和全部的UV—B(波长<290μm=,保护地球上的人类和动植物免遭短波紫外线的伤害。只有长波紫外线UV-A和少量的中波紫外线UV-B能够辐射到地面,长波紫外线对生物细胞的 伤害要比中波紫外线轻微得多。所以臭氧层犹如一件宇宙服保护地球上的生物得以生存繁衍 。其二为加热作用,臭氧吸收太阳光中的紫外线并将其转换为热能加热大气,由于这种作用 大气温度结构在高度50km左右有一个峰,地球上空15~50km存在着升温层。正是由于存在着 臭氧才有平流层的存在。而地球以外的星球因不存在臭氧和氧气,所以也就不存在平流层。 大气的温度结构对于大气的循环具有重要的影响,这一现象的起因也来自臭氧的高度分布。其三为 温室气体的作用,在对流层上部和平流层底部,即在气温很 低的这一高度,臭氧的作用同样非常重要。如果这一高度的臭氧减少,则会产生使地面气温 下降的动力。因此,臭氧的高度分布及变化是极其重要的。

  大气还挡住了宇宙幅射,以及大部分的流星,使它们不再轰击地球,危及生命。